Večkratniki enot- enote, ki so celo število krat večje od osnovne merske enote neke fizikalne količine. Mednarodni sistem enot (SI) priporoča naslednje decimalne predpone za predstavitev več enot:

Večkratnost	Konzola		Imenovanje		Primer
Večkratnost	ruski	mednarodni	ruski	mednarodni	Primer
10 1	zvočna plošča				dal - deciliter
10 2	hekto				hPa - hektopaskal
10 3	kilogram				kN - kilonewton
10 6	mega				MPa - megapaskal
10 9	giga				GHz - gigahercev
10 12	tera				TV - teravolt
10 15	peta				Pflop - petaflop
10 18	exa				EB - eksabajt
10 21	zetta				ZeV - zetaelektronvolt
10 24	yotta				IB - yottabyte

Uporaba decimalnih predpon na merske enote v dvojiškem zapisu

Glavni članek: Binarne predpone

V programski in računalniški industriji se enake predpone kilo-, mega-, giga-, tera- itd. uporabljajo za potence dvojke (npr. bajt), lahko pomeni, da množica ni 1000, ampak 1024 = 2 10. Kateri sistem se uporablja, mora biti razvidno iz konteksta (npr. glede na količino RAM-a se uporablja faktor 1024, glede na prostornino diskovnega pomnilnika pa proizvajalci trdih diskov uvajajo faktor 1000) .

1 kilobajt
1 megabajt			1.048.576 bajtov
1 gigabajt			1.073.741.824 bajtov
1 terabajt			1.099.511.627.776 bajtov
1 petabajt			1.125.899.906.842.624 bajtov
1 eksabajt			1.152.921.504.606.846.976 bajtov
1 zetabajt			1.180.591.620.717.411.303.424 bajtov
1 yottabyte			1 208 925 819 614 629 174 706 176 bajtov

Da ne bo zmede aprila 1999 Mednarodna komisija za elektrotehniko uvedel nov standard za poimenovanje binarnih števil (glej Binarne predpone).

Predpone za podvečkratne enote

Podvečkratne enote, predstavljajo določen delež (del) uveljavljene merske enote določene vrednosti. Mednarodni sistem enot (SI) priporoča naslednje predpone za označevanje delnih enot:

Dolžina	Konzola		Imenovanje		Primer
Dolžina	ruski	mednarodni	ruski	mednarodni	Primer
10 −1	deci				dm - decimeter
10 −2	centi				cm - centimeter
10 −3	Milli				mH - milinewton
10 −6	mikro				µm - mikrometer, mikron
10 −9	nano				nm - nanometer
10 −12	pico				pF - pikofarad
10 −15	femto				fs - femtosekunda
10 −18	atto				ac - atosekunda
10 −21	zepto				zkl - zeptokulon
10 −24	yocto				ig - joktogram

Izvor konzol

Večina predpon izhaja iz grški besede Soundboard izhaja iz besede deca oz deka(δέκα) - "deset", hekto - od hekaton(ἑκατόν) - "sto", kilogram - od chiloi(χίλιοι) - "tisoč", mega - od megas(μέγας), torej »velik«, giga je velikani(γίγας) - "velikan", in tera - iz teratos(τέρας), kar pomeni "pošastno". Peta (πέντε) in exa (ἕξ) ustrezata petim in šestim mestom od tisoč in sta prevedena kot »pet« oziroma »šest«. Lobed mikro (iz mikros, μικρός) in nano (iz nanos, νᾶνος) so prevedeni kot »majhen« in »škrat«. Iz ene besede ὀκτώ ( okto), kar pomeni »osem«, nastaneta predponi yotta (1000 8) in yokto (1/1000 8).

Kako se "tisoč" prevede, je predpona milli, ki sega nazaj v lat. mille. Latinske korenine imajo tudi predpone centi - iz centum(»sto«) in deci - od decimus(»deseti«), zetta - iz septembra("sedem"). Zepto ("sedem") izvira iz lat. besede septembra ali iz fr. sept.

Predpona atto izhaja iz datum pozoren("osemnajst"). Femto se vrača k datum in norveščina femten ali za drugo-niti. fimmtan in pomeni "petnajst".

Predpona pico izvira iz obeh fr. pico("kljun" ali "majhna količina"), bodisi iz italijanščina pikolo, torej »majhen«.

Pravila za uporabo konzol

Predpone je treba pisati skupaj z imenom enote ali v skladu s tem z njeno oznako.

Uporaba dveh ali več predpon zaporedoma (npr. mikromilifaradov) ni dovoljena.

Oznake mnogokratnikov in delnokratnikov prvotne enote na potenco tvorimo tako, da oznaki večkratnika ali delne enote izvirne enote dodamo ustrezen eksponent, pri čemer eksponent pomeni potenciranje večkratnika ali delne enote (skupaj z predpono). Primer: 1 km² = (10³ m)² = 10 6 m² (ne 10³ m²). Imena takih enot so sestavljena tako, da se imenu izvirne enote doda predpona: kvadratni kilometer (ne kilo-kvadratni meter).

Če je enota zmnožek ali razmerje enot, je predpona ali njena oznaka običajno dodana imenu ali oznaki prve enote: kPa s/m (kilopaskalna sekunda na meter). Dodajanje predpone k drugemu faktorju produkta ali k imenovalcu je dovoljeno le v utemeljenih primerih.

Uporabnost predpon

Zaradi dejstva, da je ime enote za maso v SI- kilogram - vsebuje predpono "kilo", za tvorbo večkratnih in delnih enot mase se uporablja submultipla enota mase - gram (0,001 kg).

Predpone se uporabljajo v omejenem obsegu s časovnimi enotami: več predpon se sploh ne kombinira z njimi - nihče ne uporablja "kilosekunde", čeprav to ni formalno prepovedano, vendar obstaja izjema od tega pravila: v kozmologija uporabljena enota je " gigalet"(milijarde let); pod-večkratne predpone so pritrjene samo na drugo(milisekunda, mikrosekunda itd.). V skladu z GOST 8.417-2002, s predponami ni dovoljeno uporabljati imen in oznak enot SI: minuta, ura, dan (časovne enote), stopnja, minuta, drugo(enote za ravni kot), astronomska enota, dioptrija in atomska masna enota.

Z metrov od več predpon se v praksi uporablja samo kilo-: namesto megametri (Mm), gigametri (Gm) itd. pišejo »tisoč kilometrov«, »milijoni kilometrov« itd.; namesto kvadratnih megametrov (Mm²) pišejo »milijoni kvadratnih kilometrov«.

Zmogljivost kondenzatorji običajno merjeno v mikrofaradih in pikofaradih, ne pa v milifaradih ali nanofaradih [ vir ni naveden 221 dni ] (pišejo 60.000 pF, ne 60 nF; 2000 µF, ne 2 mF). Vendar pa je v radijski tehniki dovoljena uporaba enote nanofarad.

Predpone, ki ustrezajo eksponentom, ki niso deljivi s 3 (hekto-, deka-, deci-, centi-), niso priporočljive. Samo v široki uporabi centimeter(je osnovna enota v sistemu GHS) In decibel, v manjši meri - decimeter in hektopaskal (in vremenska poročila), in hektar. V nekaterih državah obseg krivda merjeno v dekalitrih.

Pretvori mikro v mili:

Na seznamu izberite želeno kategorijo, v tem primeru »Predpone SI«.
Vnesite vrednost, ki jo želite pretvoriti. Osnovne aritmetične operacije, kot so seštevanje (+), odštevanje (-), množenje (*, x), deljenje (/, :, ÷), eksponent (^), oklepaji in pi (pi), so trenutno že podprte.
S seznama izberite mersko enoto vrednosti, ki jo pretvarjate, v tem primeru “mikro”.
Nazadnje izberite mersko enoto, v katero želite pretvoriti vrednost, v tem primeru "mili".
Po prikazu rezultata operacije in kadar koli je primerno, se prikaže možnost zaokrožitve rezultata na določeno število decimalnih mest.

S tem kalkulatorjem lahko vnesete vrednost, ki jo želite pretvoriti, skupaj z izvirno mersko enoto, na primer "589 mikro". V tem primeru lahko uporabite polno ime merske enote ali njeno okrajšavo. Po vnosu merske enote, ki jo želite pretvoriti, kalkulator določi njeno kategorijo, v tem primeru "Predpone SI". Nato vneseno vrednost pretvori v vse ustrezne merske enote, ki jih pozna. Na seznamu rezultatov boste nedvomno našli pretvorjeno vrednost, ki jo potrebujete. Vrednost, ki jo želite pretvoriti, lahko vnesete tudi na naslednji način: "47 mikro v mili", "7 mikro -> mili" ali "60 mikro = mili". V tem primeru bo kalkulator tudi takoj razumel, v katero mersko enoto je treba prvotno vrednost pretvoriti. Ne glede na to, katera od teh možnosti je uporabljena, so težave z iskanjem po dolgih izbirnih seznamih z nešteto kategorijami in nešteto podprtimi enotami odpravljene. Vse to za nas opravi kalkulator, ki je svoji nalogi kos v delčku sekunde.

Poleg tega vam kalkulator omogoča uporabo matematičnih formul. Posledično se ne upoštevajo samo številke, kot je "(52 * 77) mikro". Uporabite lahko celo več merskih enot neposredno v polju za pretvorbo. Na primer, takšna kombinacija bi lahko izgledala takole: "589 mikro + 1767 mili" ali "63 mm x 21 cm x 80 dm = ? cm^3". Tako združene merske enote se morajo naravno ujemati in imeti smisel v dani kombinaciji.

Če označite polje zraven možnosti »Številke v znanstvenem zapisu«, bo odgovor predstavljen kot eksponentna funkcija. Na primer 2,798 409 974 534 5 × 1031. V tej obliki je predstavitev števila razdeljena na eksponent, tukaj 31, in dejansko število, tukaj 2.798 409 974 534 5. Naprave, ki imajo omejene zmožnosti prikaza številk (kot so žepni kalkulatorji), uporabljajo tudi način zapisovanja števil 2.798 409 974 534 5E+ 31. Zlasti olajša ogled zelo velikih in zelo majhnih številk. Če ta celica ni potrjena, se rezultat prikaže na običajen način zapisovanja številk. V zgornjem primeru bi to izgledalo takole: 27.984.099.745.345.000.000.000.000.000.000 Ne glede na predstavitev rezultata je največja natančnost tega kalkulatorja 14 decimalnih mest. Ta natančnost bi morala zadostovati za večino namenov.

Merski kalkulator, ki ga je med drugim mogoče uporabiti za pretvorbo mikro V Milli: 1 mikro = 0,001 mili

Narava je neprekinjena in vsaka definicija zahteva vzpostavitev nekaterih meja. Zato je oblikovanje definicij precej nehvaležno opravilo. Kljub temu je to potrebno storiti, saj jasna definicija omogoča ločitev enega pojava od drugega, ugotavljanje bistvenih razlik med njimi in s tem globlje razumevanje samih pojavov. Zato je namen tega eseja poskušati razumeti pomen danes modnih izrazov s predpono »nano« (iz grške besede za »škrat«) - »nanoznanost«, »nanotehnologija«, »nanoobjekt«, »nanomaterial« .

Kljub dejstvu, da so bila ta vprašanja večkrat različno poglobljeno obravnavana v strokovni in poljudnoznanstveni literaturi, analize literature in osebne izkušnje kažejo, da v širših znanstvenih krogih še vedno ni jasnega razumevanja samega problema, da ne omenjamo drugih. -znanstveni. , in definicije. Zato bomo poskušali definirati vse zgoraj naštete pojme in bralčevo pozornost usmeriti na pomen osnovnega pojma »nanoobjekt«. Bralca vabimo k skupnemu razmisleku, ali obstaja nekaj, kar bistveno razlikuje nanoobjekte od njihovih večjih in manjših »bratov«, ki »poseljujejo« svet okoli nas. Poleg tega ga vabimo k sodelovanju v seriji miselnih eksperimentov o načrtovanju nanostruktur in njihovi sintezi. Poskušali bomo tudi dokazati, da se narava fizikalnih in kemijskih interakcij spreminja v območju nanometrskega merila, in to ravno na istem območju velikostnega merila, kjer je meja med živo in neživo naravo.

A najprej, od kod vse to, zakaj je bila uvedena predpona »nano«, kaj je odločilno pri uvrščanju materialov med nanostrukture, zakaj sta nanoznanost in nanotehnologija ločeni na ločeni področji, na kaj se ta ločitev nanaša (in ali se nanaša) resnično znanstvene osnove?

Kaj je "nano" in kje se je vse začelo?

To je predpona, ki kaže, da je treba prvotno vrednost zmanjšati milijardokrat, to je deljeno z ena, ki ji sledi devet ničel – 1.000.000.000.1 nanometer je na primer milijarda metra (1 nm = 10 –9 m ) . Da bi dobili predstavo o tem, kako majhen je 1 nm, izvedimo naslednji miselni poskus (slika 1). Če zmanjšamo premer našega planeta (12.750 km = 12,75 × 10 6 m ≈ 10 7 m) za 100 milijonov (10 8) krat, dobimo približno 10 –1 m. To je približno velikost nogometne žoge (standardna premer nogometne žoge je 22 cm, vendar je na našem merilu ta razlika nepomembna; za nas 2,2 × 10 –1 m ≈ 10 –1 m). Zdaj pa zmanjšajmo premer nogometne žoge za enakih 100 milijonov (10 8) krat in šele zdaj dobimo velikost nanodelca, ki je enak 1 nm (približno premer molekule ogljika fulerena C 60, podobne oblike na nogometno žogo - glejte sliko 1) .

Omeniti velja, da se predpona "nano" v znanstveni literaturi uporablja že dolgo časa, vendar za označevanje predmetov, ki niso nanometrski. Zlasti za predmete, katerih velikost je milijardekrat večja od 1 nm - v terminologiji dinozavrov. nanotiranozavri ( nanotiran) in nanozavri ( nanozaver) se imenujejo pritlikavi dinozavri, katerih velikosti so 5 oziroma 1,3 m, vendar so v primerjavi z drugimi dinozavri res »pritlikavi«, katerih velikosti presegajo 10 m (do 50 m), njihova teža pa lahko doseže 30–40 ton oz. več. Ta primer poudarja, da predpona »nano« sama po sebi nima fizičnega pomena, temveč le označuje obseg.

Zdaj pa s pomočjo te predpone označujejo novo dobo v razvoju tehnologije, včasih imenovano četrta industrijska revolucija - doba nanotehnologije.

Pogosto se verjame, da je začetek dobe nanotehnologije leta 1959 postavil Richard Feynman v svojem predavanju " Na dnu je dovolj prostora"("Tam spodaj je veliko prostora") Glavni postulat tega predavanja je bil, da z vidika temeljnih fizikalnih zakonov avtor ne vidi ovir za delo na molekularni in atomski ravni, manipulacijo posameznika Feynman je rekel, da lahko s pomočjo določenih naprav narediš še manjše naprave, te pa še manjše naprave in tako naprej do atomskega nivoja, torej z ustrezno tehnologijo lahko posamezni atomi biti manipuliran.

Po pravici povedano pa je treba poudariti, da Feynman ni bil prvi, ki se je tega domislil. Zlasti zamisel o ustvarjanju manipulatorjev, ki se postopoma zmanjšujejo, je leta 1931 izrazil pisatelj Boris Zhitkov v svoji znanstvenofantastični zgodbi "Microhands". Ne moremo se upreti kratkim citatom iz te zgodbe, da bi bralec sam ocenil pisateljev vpogled:

»Dolgo sem si razbijal glavo in prišel do tega: naredil bom majhne roke, natančno kopijo mojih – četudi bodo vsaj dvajsetkrat, tridesetkrat manjše, a bodo imele gibljive prste, kot so moji. , se bodo stisnile v pest, se zravnale, postale v enakih položajih kot moje žive roke. In naredil sem jih...
Toda nenadoma me je prešinila misel: lahko naredim mikro roke za svoje majhne roke. Zanje lahko naredim enake rokavice, kot sem jih naredil za svoje žive roke, po istem sistemu, jih povežem z ročaji, desetkrat manjšimi od mojih mikrorok, in potem ... Imel bom prave mikroroke, bodo dvestokrat manjši od premikov min. S temi rokami bom vdrl v tako majhne stvari življenja, ki so bile samo videne, a kjer še nihče ni odložil svojih rok. In sem se lotila dela...
Želel sem narediti prave mikro roke, takšne, s katerimi bi lahko zgrabil delce snovi, iz katerih je snov sestavljena, tiste nepredstavljivo majhne delce, ki so vidni samo skozi ultramikroskop. Želel sem priti na tisto področje, kjer človeški um izgubi vso predstavo o velikosti – zdi se, da velikosti ni, vse je tako nepredstavljivo majhno.”

A ne gre samo za literarne napovedi. To, kar zdaj imenujemo nanoobjekti, nanotehnologije, če želite, ljudje že dolgo uporabljajo v svojem življenju. Eden najbolj osupljivih primerov (dobesedno in figurativno) je večbarvno steklo. Na primer, ustvarjen v 4. stoletju našega štetja. e. Likurgova skodelica, ki jo hrani Britanski muzej, je ob osvetlitvi od zunaj zelena, ob osvetlitvi od znotraj pa vijolično rdeča. Nedavne študije z elektronsko mikroskopijo so pokazale, da je ta nenavaden učinek posledica prisotnosti nano velikih delcev zlata in srebra v steklu. Zato lahko mirno trdimo, da je Likurgova skodelica izdelana iz nanokompozitnega materiala.

Kot se je zdaj izkazalo, so v srednjem veku kovinski nanoprah pogosto dodajali steklu za izdelavo vitražov. Različice v barvi stekla so odvisne od razlik v dodanih delcih – narave uporabljene kovine in velikosti njenih delcev. Pred kratkim so ugotovili, da imajo ta stekla tudi baktericidne lastnosti, torej ne zagotavljajo le čudovite igre svetlobe v prostoru, temveč tudi razkužujejo okolje.

Če upoštevamo zgodovino razvoja znanosti v zgodovinskem smislu, potem lahko na eni strani izpostavimo splošni vektor - prodor naravoslovnih znanosti "globoko" v materijo. Gibanje po tem vektorju je določeno z razvojem nadzornih sredstev. Sprva so ljudje preučevali običajen svet, ki za opazovanje ni potreboval posebnih instrumentov. Z opazovanji na tej ravni so bili postavljeni temelji biologije (klasifikacija živega sveta, C. Linnaeus itd.) in nastala je teorija evolucije (C. Darwin, 1859). Ko se je pojavil teleskop, so ljudje lahko izvajali astronomska opazovanja (G. Galileo, 1609). Rezultat tega je bil zakon univerzalne gravitacije in klasična mehanika (I. Newton, 1642–1727). Ko se je pojavil Leeuwenhoekov mikroskop (1674), so ljudje prodrli v mikrosvet (velikostni interval 1 mm - 0,1 mm). Sprva je šlo le za opazovanje majhnih očem nevidnih organizmov. Šele konec 19. stoletja je L. Pasteur prvi razjasnil naravo in delovanje mikroorganizmov. Približno v istem času (konec 19. - začetek 20. stoletja) se je v fiziki zgodila revolucija. Znanstveniki so začeli prodirati v notranjost atoma in preučevati njegovo zgradbo. Ponovno je bilo to posledica pojava novih metod in orodij, ki so začela uporabljati najmanjše delce snovi. Leta 1909 je Rutherford z uporabo alfa delcev (helijevih jeder velikosti približno 10–13 m) uspel "videti" jedro atoma zlata. Bohr-Rutherfordov planetarni model atoma, ustvarjen na podlagi teh poskusov, daje vizualno podobo ogromnosti "prostega" prostora v atomu, ki je povsem primerljiv s kozmično praznino Osončja. Feynman je v svojem predavanju imel v mislih praznine takih ukazov. Z uporabo istih α-delcev je Rutherford leta 1919 izvedel prvo jedrsko reakcijo za pretvorbo dušika v kisik. Tako so fiziki vstopili v piko- in femto-velikostni interval, razumevanje zgradbe snovi na atomski in subatomski ravni pa je v prvi polovici prejšnjega stoletja pripeljalo do nastanka kvantne mehanike.

Svet izgubljenih vrednosti

V zgodovini se je tako zgodilo, da so bila na dimenzionalni lestvici (slika 2) »pokrita« skoraj vsa dimenzionalna področja raziskav, razen področja nanovelikosti. Vendar pa svet ni brez vizionarjev. V začetku 20. stoletja je W. Ostwald izdal knjigo Svet obhodnih količin, ki je obravnavala takrat novo področje kemije - koloidno kemijo, ki se je ukvarjala posebej z nanometrskimi delci (čeprav je bil ta izraz takrat še ni bil uporabljen). Že v tej knjigi je ugotavljal, da z drobljenjem snovi na neki točki pride do novih lastnosti, da so lastnosti celotnega materiala odvisne od velikosti delca.

V začetku dvajsetega stoletja še niso mogli »videti« delcev te velikosti, saj so ležali pod mejami ločljivosti svetlobnega mikroskopa. Zato ni naključje, da za enega začetnih mejnikov v nastanku nanotehnologije štejemo izum elektronskega mikroskopa M. Knolla in E. Ruska leta 1931. Šele po tem je človeštvo lahko "videlo" predmete submikronskih in nanometrskih velikosti. In potem se vse postavi na svoje mesto - glavno merilo, po katerem človeštvo sprejema (ali ne sprejema) kakršna koli nova dejstva in pojave, je izraženo v besedah Nevernega Tomaža: "Dokler ne vidim, ne bom verjel."

Naslednji korak je bil storjen leta 1981 - G. Binnig in G. Rohrer sta ustvarila vrstični tunelski mikroskop, ki je omogočil ne le pridobivanje slik posameznih atomov, temveč tudi manipulacijo z njimi. To pomeni, da je nastala tehnologija, o kateri je govoril R. Feynman v svojem predavanju. Takrat se je začela doba nanotehnologije.

Naj opozorimo, da imamo spet opravka z isto zgodbo. Spet zato, ker je na splošno običajno, da človeštvo ne upošteva tistega, kar je vsaj malo pred časom. Tako se na primeru nanotehnologije izkaže, da niso odkrili nič novega, le začeli so bolje razumeti, kaj se dogaja naokoli, kaj so ljudje že v starih časih počeli, čeprav nezavedno ali bolje rečeno zavestno (vedli so, kaj so želel dobiti), vendar ne razume fizikalnih in kemijskih pojavov. Drugo vprašanje je, da prisotnost tehnologije še ne pomeni razumevanja bistva procesa. Jeklo so znali kuhati že davno, razumevanje fizikalnih in kemijskih osnov izdelave jekla pa je prišlo mnogo kasneje. Tukaj se lahko spomnite, da skrivnost damaščanskega jekla še ni bila odkrita. Tukaj imamo drugačno hipostazo - vemo, kaj moramo dobiti, vendar ne vemo, kako. Razmerje med znanostjo in tehnologijo torej ni vedno preprosto.

Kdo je prvi preučeval nanomateriale v njihovem sodobnem pomenu? Leta 1981 je ameriški znanstvenik G. Gleiter prvič uporabil definicijo "nanokristalnega". Oblikoval je koncept ustvarjanja nanomaterialov in ga razvil v seriji del v letih 1981–1986, pri čemer je uvedel izraze "nanokristalni", "nanostrukturni", "nanofazni" in "nanokompozitni" materiali. Glavni poudarek teh del je bil na kritični vlogi več vmesnikov v nanomaterialih kot osnovi za spreminjanje lastnosti trdnih snovi.

Eden najpomembnejših dogodkov v zgodovini nanotehnologije in razvoju ideologije nanodelcev je bilo tudi odkritje ogljikovih nanostruktur - fuleren in ogljikovih nanocevk sredi 80. - zgodnjih 90. let 20. stoletja, ter odkritje v 21. stoletja metode za proizvodnjo grafena.

A vrnimo se k definicijam.

Prve definicije: vse je zelo preprosto

Sprva je bilo vse zelo preprosto. Leta 2000 je ameriški predsednik B. Clinton podpisal dokument " Nacionalna nanotehnološka pobuda"("Nacionalna nanotehnološka pobuda"), ki daje naslednjo definicijo: nanotehnologija vključuje ustvarjanje tehnologij in raziskav na atomski, molekularni in makromolekularni ravni znotraj približno od 1 do 100 nm za razumevanje temeljnih principov pojavov in lastnosti materialov na ravni nanometrov, kot tudi ustvarjanje in uporabo struktur, opreme in sistemov, ki imajo nove lastnosti in funkcije, ki jih določa njihova velikost.

Leta 2003 se je britanska vlada pritožila Kraljeva družba in Kraljeva inženirska akademija s prošnjo, da izrazijo svoje mnenje o nujnosti razvoja nanotehnologije, ocenijo prednosti in težave, ki jih lahko povzroči njihov razvoj. Takšno poročilo z naslovom " Nanoznanost in nanotehnologije: priložnosti in negotovosti« se je pojavil julija 2004 in v njem sta bili, kolikor nam je znano, prvič podani ločeni definiciji nanoznanosti in nanotehnologije:

Nanoznanost je preučevanje pojavov in predmetov na atomski, molekularni in makromolekularni ravni, katerih značilnosti se bistveno razlikujejo od lastnosti njihovih makro-analogov.

Nanotehnologija je načrtovanje, karakterizacija, proizvodnja in uporaba struktur, naprav in sistemov, katerih lastnosti so določene z njihovo obliko in velikostjo na nanometrski ravni.

Tako pod izrazom "nanotehnologija" se nanaša na nabor tehnoloških tehnik, ki omogočajo ustvarjanje nanopredmetov in/ali njihovo manipulacijo. Ostane le še definirati nanoobjekte. Vendar se izkaže, da to ni tako preprosto, zato je večina članka posvečena tej definiciji.

Za začetek je tukaj formalna definicija, ki se danes najpogosteje uporablja:

Nanoobjekti (nanodelci) so objekti (delci) z značilno velikostjo 1–100 nanometrov v vsaj eni dimenziji.

Zdi se, da je vse v redu in jasno, vendar ni jasno, zakaj je bila podana tako stroga definicija spodnje in zgornje meje 1 in 100 nm? Zdi se, da je bilo to izbrano prostovoljno, še posebej sumljiva je dodelitev zgornje meje. Zakaj ne 70 ali 150 nm? Konec koncev, ob upoštevanju vse raznolikosti nano-predmetov v naravi, so meje nano-odseka velikostne lestvice lahko in bi morale biti bistveno zabrisane. In na splošno je v naravi risanje natančnih meja nemogoče - nekateri predmeti gladko prehajajo v druge in to se zgodi v določenem intervalu in ne na točki.

Preden govorimo o mejah, poskusimo razumeti, kakšen fizični pomen vsebuje koncept "nanoobjekta", zakaj ga je treba razlikovati z ločeno definicijo?

Kot že omenjeno, se je šele ob koncu 20. stoletja začelo pojavljati (oziroma uveljavljati v glavah) razumevanje, da ima nanorazpon zgradbe snovi še vedno svoje značilnosti, da je na tej ravni materija druge lastnosti, ki se ne manifestirajo v makrokozmosu. Nekatere angleške izraze je zelo težko prevesti v ruščino, v angleščini pa obstaja izraz " razsuti material«, kar lahko grobo prevedemo kot »velika količina snovi«, »razsuta snov«, »kontinuiran medij«. Tukaj je torej nekaj lastnosti " razsuti materiali» ko se velikost njegovih sestavnih delcev zmanjšuje, se lahko začnejo spreminjati, ko dosežejo določeno velikost. V tem primeru pravijo, da gre za prehod v nanostanje snovi, nanomateriale.

In to se zgodi, ker ko se velikost delcev zmanjša, delež atomov, ki se nahajajo na njihovi površini, in njihov prispevek k lastnostim predmeta postanejo pomembni in se povečajo z nadaljnjim zmanjšanjem velikosti (slika 3).

Toda zakaj povečanje deleža površinskih atomov pomembno vpliva na lastnosti delcev?

Tako imenovani površinski pojavi so znani že dolgo - to so površinska napetost, kapilarni pojavi, površinska aktivnost, omočenje, adsorpcija, adhezija itd. Celoten sklop teh pojavov je posledica dejstva, da sile interakcije med delci, ki sestavljajo telo, niso kompenzirani na njegovi površini (slika 4). Z drugimi besedami, atomi na površini (kristal ali tekočina - ni pomembno) so v posebnih pogojih. Na primer, v kristalih sile, ki jih prisilijo, da so na vozliščih kristalne mreže, delujejo na njih samo od spodaj. Zato se lastnosti teh "površinskih" atomov razlikujejo od lastnosti istih atomov v masi.

Ker se število površinskih atomov v nanoobjektih močno poveča (slika 3), postane njihov prispevek k lastnostim nanoobjekta odločilen in narašča z nadaljnjim zmanjševanjem velikosti objekta. Prav to je eden od razlogov za manifestacijo novih lastnosti na nanoravni.

Drugi razlog za obravnavano spremembo lastnosti je v tem, da se na tej dimenzijski ravni začne kazati delovanje zakonov kvantne mehanike, tj. raven nanovelikosti je stopnja prehoda, namreč prehoda, iz vladavine klasične mehanike v vladavine kvantne mehanike. In kot je znano, so najbolj nepredvidljiva prav prehodna stanja.

Do sredine 20. stoletja so se ljudje naučili delati tako z maso atomov kot z enim samim atomom.

Kasneje je postalo očitno, da je »majhen kup atomov« nekaj drugega, ne povsem podobno niti množici atomov niti posameznemu atomu.

Verjetno so se znanstveniki in tehnologi prvič soočili s tem problemom v fiziki polprevodnikov. V prizadevanju za miniaturizacijo so dosegli velikost delcev (nekaj deset nanometrov ali manj), pri kateri so se njihove optične in elektronske lastnosti začele močno razlikovati od lastnosti delcev »običajnih« velikosti. Takrat je dokončno postalo jasno, da je "nanoskala" posebno območje, ki se razlikuje od območja obstoja makrodelcev ali neprekinjenih medijev.

Zato je v zgornjih definicijah nanoznanosti in nanotehnologije najpomembnejša točka, da se "pravi nano" začne s pojavom novih lastnosti snovi, povezanih s prehodom na te lestvice in drugačnih od lastnosti razsutih materialov. To pomeni, da je najpomembnejša in najpomembnejša kakovost nanodelcev, njihova glavna razlika od mikro- in makrodelcev, pojav v njih bistveno novih lastnosti, ki se ne pojavljajo pri drugih velikostih. Literarne primere smo že navedli, to tehniko ponovno uporabljamo, da nazorno prikažemo in poudarimo razlike med makro-, mikro- in nano objekti.

Vrnimo se k literarnim primerom. Junak Leskovljeve zgodbe, Levsha, se pogosto omenja kot »zgodnji« nanotehnolog. Vendar je to napačno. Leftyjev glavni dosežek je, da je koval majhne žeblje [ »Delal sem manjše od teh podkev: koval sem žeblje, s katerimi so podkve napolnjene, tja jih ne prenese noben majhen obseg več."]. Toda ti žeblji, čeprav zelo majhni, so ostali žeblji in niso izgubili svoje glavne funkcije - držanja podkve. Torej je primer z Leftyjem primer miniaturizacije (mikrominiaturizacije, če hočete), torej zmanjšanja velikosti predmeta brez spreminjanja njegovih funkcionalnih in drugih lastnosti.

Toda že omenjena zgodba B. Žitkova natančno opisuje spremembo lastnosti:

"Moral sem izvleči tanko žico - to je debelino, ki bi bila kot las za moje žive roke. Delal sem in gledal skozi mikroskop, ko so mikro roke iztegovale baker. Tanjši, tanjši - ostalo je še pet raztežajev - potem pa se je žica pretrgala. Sploh se ni strgalo - drobilo se je, kot bi bilo iz gline. Zdrobil se je v droben pesek. To je rdeči baker, znan po svoji duktilnosti.

Upoštevajte, da v Wikipedia v članku o nanotehnologiji je povečanje trdote bakra navedeno kot eden od primerov sprememb lastnosti z manjšanjem velikosti. (Zanima me, kje je B. Zhitkov izvedel za to leta 1931?)

Nanoobjekti: kvantne ravnine, niti in točke. Ogljikove nanostrukture

Konec 20. stoletja je končno postal očiten obstoj določenega območja velikosti delcev snovi - območja nanovelikosti. Fiziki, ki pojasnjujejo definicijo nano-predmetov, trdijo, da zgornja meja nano-odseka velikostne lestvice očitno sovpada z velikostjo manifestacije tako imenovanih nizkodimenzionalnih učinkov ali učinka zmanjšanja dimenzionalnosti.

Poskusimo zadnjo trditev prevesti obratno iz jezika fizikov v običajni človeški jezik.

Živimo v tridimenzionalnem svetu. Vsi realni predmeti okoli nas imajo določene dimenzije v vseh treh dimenzijah ali, kot pravijo fiziki, imajo dimenzijo 3.

Izvedimo naslednji miselni poskus. Izberimo tridimenzionalno, obseg, vzorec nekega materiala, po možnosti homogenega kristala. Naj bo kocka z dolžino roba 1 cm Ta vzorec ima določene fizikalne lastnosti, ki niso odvisne od njegove velikosti. Blizu zunanje površine našega vzorca se lahko lastnosti razlikujejo od tistih v masi. Vendar pa je relativni delež površinskih atomov majhen, zato lahko zanemarimo prispevek površinskih sprememb v lastnostih (ta zahteva v jeziku fizikov pomeni, da vzorec glasnost). Zdaj razdelimo kocko na pol - dve njeni značilni dimenziji bosta ostali enaki, ena pa naj bo višina d, se bo zmanjšal za 2-krat. Kaj se bo zgodilo z lastnostmi vzorca? Ne bodo se spremenili. Še enkrat ponovimo ta poskus in izmerimo lastnost, ki nas zanima. Dobili bomo enak rezultat. Z večkratnim ponavljanjem poskusa bomo končno dosegli določeno kritično velikost d*, pod katerim bo lastnost, ki jo merimo, začela odvisna od velikosti d. Zakaj? pri d ≤ d* delež prispevka površinskih atomov k lastnostim postane pomemben in se bo z nadaljnjim zmanjševanjem še povečeval d.

Fiziki pravijo, da ko d ≤ d* v našem vzorcu je kvantni učinek velikosti v eni dimenziji. Za njih naš vzorec ni več tridimenzionalen (kar se za vsakega običajnega človeka sliši absurdno, saj naš dčeprav je majhen, ni enak nič!), it dimenzija zmanjšana na dve. A sam vzorec se imenuje kvantna ravnina, oz kvantna vrtina, po analogiji z izrazom "potencialna vrtina", ki se pogosto uporablja v fiziki.

Če v nekem vzorcu d ≤ d* v dveh dimenzijah, se imenuje enodimenzionalni kvantni objekt, oz kvantna nit, oz kvantna žica. U ničdimenzionalni predmeti, oz kvantne pike, d ≤ d* v vseh treh dimenzijah.

Seveda kritična velikost d* ni konstantna vrednost za različne materiale in se lahko tudi za en material bistveno razlikuje glede na to, katero od lastnosti smo izmerili v našem eksperimentu, ali z drugimi besedami, katera od kritičnih dimenzijskih značilnosti fizikalnih pojavov določa to lastnost (prosta pot elektroni, fononi, de Brogliejeva valovna dolžina, difuzijska dolžina, globina prodiranja zunanjega elektromagnetnega polja ali zvočnih valov itd.).

Vendar se je izkazalo, da je ob vsej raznolikosti pojavov, ki se pojavljajo v organskih in anorganskih materialih v živi in neživi naravi, vrednost d* leži približno v območju 1–100 nm. Tako je "nanoobjekt" ("nanostruktura", "nanodelec") preprosto druga različica izraza "kvantno-dimenzionalna struktura". To je objekt, ki d ≤ d* v vsaj eni dimenziji. To so delci zmanjšane dimenzionalnosti, delci s povečanim deležem površinskih atomov. To pomeni, da jih je najbolj logično razvrstiti po stopnji zmanjšanja dimenzionalnosti: 2D - kvantne ravnine, 1D - kvantne niti, 0D - kvantne pike.

Celoten spekter zmanjšanih dimenzij lahko preprosto razložimo in, kar je najpomembneje, eksperimentalno opazujemo na primeru ogljikovih nanodelcev.

Odkritje ogljikovih nanostruktur je bil zelo pomemben mejnik v razvoju koncepta nanodelcev.

Ogljik je šele enajsti najpogostejši element v naravi, a zaradi edinstvene sposobnosti njegovih atomov, da se med seboj povezujejo in tvorijo dolge molekule, ki kot substituente vključujejo druge elemente, je nastalo ogromno organskih spojin in celo življenje samo. Toda tudi ko se združuje samo s seboj, je ogljik sposoben ustvariti velik nabor različnih struktur z zelo raznolikimi lastnostmi - tako imenovane alotropske modifikacije. Diamant je na primer standard prosojnosti in trdote, dielektrik in toplotni izolator. Je pa grafit idealen »absorber« svetlobe, ultra mehak material (v določeni smeri), eden najboljših prevodnikov toplote in elektrike (v ravnini, ki je pravokotna na zgornjo smer). Toda oba materiala sta sestavljena samo iz ogljikovih atomov!

A vse to je na makroravni. In prehod na nanoravni odpira nove edinstvene lastnosti ogljika. Izkazalo se je, da je "ljubezen" atomov ogljika drug do drugega tako velika, da lahko brez sodelovanja drugih elementov tvorijo cel niz nanostruktur, ki se med seboj razlikujejo, tudi po velikosti. Sem spadajo fulereni, grafen, nanocevke, nanokoni itd. (slika 5).

Opozorimo, da lahko ogljikove nanostrukture imenujemo "pravi" nanodelci, saj v njih, kot je jasno razvidno iz sl. 5, vsi njihovi sestavni atomi ležijo na površini.

A vrnimo se k samemu grafitu. Torej je grafit najpogostejša in termodinamično stabilna modifikacija elementarnega ogljika s tridimenzionalno kristalno strukturo, sestavljeno iz vzporednih atomskih plasti, od katerih je vsaka gosta embalaža šesterokotnikov (slika 6). Na ogliščih vsakega takega šestkotnika je ogljikov atom, stranice šestkotnikov pa grafično odražajo močne kovalentne vezi med ogljikovimi atomi, katerih dolžina je 0,142 nm. Toda razdalja med plastmi je precej velika (0,334 nm), zato je povezava med plastmi precej šibka (v tem primeru govorimo o van der Waalsovi interakciji).

Ta kristalna struktura pojasnjuje posebnosti fizikalnih lastnosti grafita. Prvič, nizka trdota in sposobnost lahkega ločevanja na drobne kosmiče. Tako na primer pišejo s svinčniki, katerih grafitne luske, ki se odlepijo, ostanejo na papirju. Drugič, že omenjena izrazita anizotropija fizikalnih lastnosti grafita in predvsem njegove električne in toplotne prevodnosti.

Vsako plast tridimenzionalne strukture grafita lahko obravnavamo kot velikansko planarno strukturo, ki ima 2D dimenzijo. Ta dvodimenzionalna struktura, zgrajena samo iz ogljikovih atomov, se imenuje "grafen". Pridobitev takšne strukture je vsaj v miselnem eksperimentu "razmeroma" enostavna. Vzemimo svinčnik za grafitni svinčnik in začnimo pisati. Višina svinca d se bo zmanjšal. Če imate dovolj potrpljenja, potem na neki točki vrednost d bo enako d*, in dobimo kvantno ravnino (2D).

Dolgo časa so bili problem stabilnosti ravnih dvodimenzionalnih struktur v prostem stanju (brez podlage) na splošno in posebej grafena ter elektronske lastnosti grafena predmet le teoretičnih študij. Pred kratkim, leta 2004, je skupina fizikov pod vodstvom A. Geima in K. Novoselova pridobila prve vzorce grafena, ki je revolucioniral to področje, saj se je izkazalo, da so takšne dvodimenzionalne strukture zlasti sposobne pokazati neverjetne elektronske lastnosti, kvalitativno drugačne od vsega prej opaženega. Zato danes na stotine eksperimentalnih skupin preučuje elektronske lastnosti grafena.

Če enoatomsko debelo plast grafena zvijemo v valj, tako da je šestkotna mreža ogljikovih atomov sklenjena brez šivov, potem bomo »konstruirali« enostenske ogljikove nanocevke. Eksperimentalno je mogoče pridobiti enostenske nanocevke s premerom od 0,43 do 5 nm. Značilnosti geometrije nanocevk so rekordne vrednosti specifične površine (v povprečju ~1600 m 2 /g za enostenske cevi) in razmerje med dolžino in premerom (100.000 in več). Tako so nanocevke 1D nanoobjekti – kvantne niti.

V poskusih so opazili tudi večstenske ogljikove nanocevke (slika 7). Sestavljeni so iz koaksialnih valjev, vstavljenih drug v drugega, katerih stene so na razdalji (približno 3,5 Å) blizu medploskovne razdalje v grafitu (0,334 nm). Število sten je lahko od 2 do 50.

Če postavimo kos grafita v atmosfero inertnega plina (helija ali argona) in ga nato osvetlimo z žarkom močnega impulznega laserja ali koncentrirane sončne svetlobe, lahko izhlapimo material naše grafitne tarče (upoštevajte, da za to ciljna površinska temperatura mora biti najmanj 2700 °C). V takšnih pogojih se nad tarčno površino tvori plazma, sestavljena iz posameznih atomov ogljika, ki jih potegne tok hladnega plina, kar povzroči ohlajanje plazme in nastanek ogljikovih grozdov. Izkazalo se je, da so pod določenimi pogoji združevanja atomi ogljika zaprti, da tvorijo okvirno sferično molekulo C 60 z dimenzijo 0D (tj. kvantna pika), ki je že prikazana na sliki 1. 1.

Takšno spontano tvorbo molekule C 60 v ogljikovi plazmi so odkrili v skupnem poskusu G. Kroto, R. Curl in R. Smoley, ki so ga izvajali v desetih dneh septembra 1985. Radovednega bralca bomo napotili na knjigo E. A. Katza »Fulereni, ogljikove nanocevke in nanoklasterji: genealogija oblik in idej«, ki podrobno opisuje fascinantno zgodovino tega odkritja in dogodke pred njim (s kratkimi izleti v zgodovino znanosti do renesanse in celo antike), kot kot tudi razlaga motivacije za na prvi pogled (in le na prvi pogled) čudna imena nove molekule - buckminsterfulleren - v čast arhitektu R. Buckminstru Fullerju (glej tudi knjigo [Piotrovsky, Kiselev, 2006]).

Kasneje so odkrili, da obstaja cela družina molekul ogljika - fulereni - v obliki konveksnih poliedrov, sestavljenih samo iz šesterokotnih in peterokotnih ploskev (slika 8).

Prav odkritje fulerenov je bilo nekakšen magični »zlati ključ« v nov svet nanometrskih struktur iz čistega ogljika in je povzročilo eksplozijo dela na tem področju. Do danes je bilo odkritih veliko število različnih ogljikovih grozdov s fantastično (v dobesednem pomenu besede!) raznolikostjo strukture in lastnosti.

A vrnimo se k nanomaterialom.

Nanomateriali so materiali, katerih strukturne enote so nanoobjekti (nanodelci). Slikovito rečeno je zgradba nanomaterialov sestavljena iz zidakov-nanoobjektov. Zato je najbolj produktivno klasificirati nanomateriale glede na dimenzije samega vzorca nanomaterialov (zunanje dimenzije matrike) in dimenzije njegovih sestavnih nanoobjektov. Najbolj podrobna klasifikacija te vrste je podana v delu. 36 razredov nanostruktur, predstavljenih v tem delu, opisuje celotno paleto nanomaterialov, od katerih so bili nekateri (kot so zgoraj omenjeni fulereni ali ogljikovi nanopeji) že uspešno sintetizirani, nekateri pa še čakajo na svojo eksperimentalno implementacijo.

Zakaj ni tako preprosto?

Tako lahko pojme »nanoznanost«, »nanotehnologija« in »nanomateriali«, ki nas zanimajo, natančno opredelimo le, če razumemo, kaj je »nanoobjekt«.

"Nanoobjekt" pa ima dve definiciji. Prvi, preprostejši (tehnološki): to so predmeti (delci) z značilno velikostjo približno 1–100 nanometrov v vsaj eni dimenziji. Druga definicija, bolj znanstvena, fizična: objekt z zmanjšano dimenzijo (ki d ≤ d* v vsaj eni dimenziji).

Kolikor vemo, drugih definicij ni.

Vendar pa ne moremo mimo dejstva, da ima znanstvena definicija tudi resno pomanjkljivost. Namreč: v njem je za razliko od tehnološkega določena le zgornja meja nanovelikosti. Ali bi morala obstajati spodnja meja? Po našem mnenju bi seveda morala. Prvi razlog za obstoj spodnje meje neposredno izhaja iz fizičnega bistva znanstvene definicije nanoobjekta, saj je večina zgoraj obravnavanih učinkov zmanjšanja dimenzionalnosti učinkov kvantne omejitve ali pojavov resonančne narave. Z drugimi besedami, opazimo jih, ko značilne dolžine učinka in dimenzije predmeta sovpadajo, tj. ne samo za d ≤ d*, o čemer smo že razpravljali, a hkrati le, če velikost d presega določeno spodnjo mejo d** (d** ≤ d ≤ d*). Očitno je, da vrednost d* se lahko razlikuje za različne pojave, vendar mora presegati velikost atomov.

Naj to ponazorimo na primeru ogljikovih spojin. Policiklični aromatski ogljikovodiki (PAH), kot so naftalen, benzpiren, krizen itd., so formalno analogi grafena. Poleg tega ima največji znani PAH splošno formulo C222H44 in vsebuje 10 diagonalnih benzenskih obročev. Vendar nimajo neverjetnih lastnosti, ki jih ima grafen, in jih ni mogoče šteti za nanodelce. Enako velja za nanodiamante: do ~ 4–5 nm so to nanodiamanti, toda blizu teh meja in celo preko njih so primerni višji diamandoidi (analogi adamantana, ki imajo kot osnovo strukture kondenzirane diamantne celice).

Torej: če je v meji velikost predmeta v vseh treh dimenzijah enaka velikosti atoma, potem na primer kristal, sestavljen iz takih 0-dimenzionalnih objektov, ne bo nanomaterial, ampak navaden atomski kristal. Očitno je. Očitno je tudi, da mora število atomov v nanoobjektu še vedno presegati eno. Če ima nanoobjekt vse tri vrednosti d manj kot d**, preneha biti eno. Tak objekt je treba opisati v jeziku opisovanja posameznih atomov.

Kaj pa, če ne vseh treh velikosti, ampak na primer le eno? Ali tak predmet ostane nanoobjekt? Seveda ja. Tak predmet je na primer že omenjeni grafen. Dejstvo, da je značilna velikost grafena v eni dimenziji enaka premeru ogljikovega atoma, mu ne odvzema lastnosti nanomaterialov. In te lastnosti so popolnoma edinstvene. Izmerjeni so bili prevodnost, Shubnikov-de Haasov učinek in kvantni Hallov učinek v grafenskih filmih atomske debeline. Eksperimenti so potrdili, da je grafen polprevodnik z ničelno vrzeljo, medtem ko je na stičnih točkah valenčnega in prevodnega pasu energijski spekter elektronov in lukenj linearen v odvisnosti od valovnega vektorja. Delci z ničelno efektivno maso, zlasti fotoni, nevtrini in relativistični delci, imajo to vrsto spektra. Razlika med fotoni in brezmasnimi nosilci v grafenu je v tem, da so slednji fermioni in so nabiti. Trenutno med znanimi osnovnimi delci ni analogov za te brezmasne nabite Diracove fermione. Danes je grafen zelo zanimiv tako za preverjanje številnih teoretičnih predpostavk s področij kvantne elektrodinamike in relativnostne teorije kot za ustvarjanje novih nanoelektronskih naprav, zlasti balističnih in enoelektronskih tranzistorjev.

Za našo razpravo je zelo pomembno, da je konceptu nanoobjekta najbližje dimenzionalno območje, v katerem se realizirajo tako imenovani mezoskopski pojavi. To je območje najmanjše dimenzije, za katero je smiselno govoriti ne o lastnostih posameznih atomov ali molekul, temveč o lastnostih materiala kot celote (na primer pri določanju temperature, gostote ali prevodnosti materiala). Mezoskopske dimenzije so natančno v območju 1–100 nm. (Predpona "mezo-" izhaja iz grške besede za "povprečje", vmesno - med atomsko in makroskopsko dimenzijo.)

Vsi vedo, da se psihologija ukvarja z vedenjem posameznikov, sociologija pa z vedenjem velikih skupin ljudi. Torej lahko odnose v skupini 3-4 ljudi po analogiji označimo kot mezopojave. Na enak način, kot je omenjeno zgoraj, je majhen kup atomov nekaj, kar ni niti kot "kup" atomov niti kot posamezen atom.

Pri tem je treba opozoriti še na eno pomembno značilnost lastnosti nanoobjektov. Kljub temu, da so za razliko od grafena ogljikove nanocevke in fulereni formalno 1- oziroma 0-dimenzionalni objekti, v bistvu to ne drži povsem. Oziroma ne hkrati tako. Dejstvo je, da je nanocevka ista 2D monoatomska plast grafena, zvita v valj. Fulleren je dvodimenzionalna ogljikova plast monoatomske debeline, zaprta na površini krogle. To pomeni, da lastnosti nanoobjektov niso bistveno odvisne le od njihove velikosti, ampak tudi od topoloških značilnosti - preprosto povedano, od njihove oblike.

Torej bi morala biti pravilna znanstvena definicija nanoobjekta naslednja:

je objekt z vsaj eno od dimenzij ≤ d*, in vsaj ena od dimenzij presega d**. Z drugimi besedami, objekt je dovolj velik, da ima makrolastnosti snovi, hkrati pa je zanj značilna zmanjšana dimenzija, to je, da je vsaj v eni od dimenzij dovolj majhen, da vrednosti teh Lastnosti se močno razlikujejo od ustreznih lastnosti makroobjektov iz iste snovi, bistveno odvisne od velikosti in oblike predmeta. V tem primeru so točne vrednosti dimenzij d*in d** se lahko razlikujeta ne samo od snovi do snovi, temveč tudi za različne lastnosti iste snovi.

Dejstvo, da ta razmišljanja nikakor niso šolska (kot na primer »s koliko zrni peska se začne kup?«), ampak imajo globok pomen za razumevanje enotnosti znanosti in kontinuitete sveta okoli nas, postane očitno, če posvečamo pozornost nanopredmetom organskega izvora.

Nanoobjekti organske narave - supramolekularne strukture

Zgoraj smo upoštevali le anorganske, razmeroma homogene materiale in že tam ni bilo vse tako preprosto. Toda na Zemlji je ogromna količina snovi, ki je ni le težko, ampak je ni mogoče imenovati homogena. Govorimo o bioloških strukturah in živi snovi nasploh.

Nacionalna nanotehnološka iniciativa kot enega od razlogov za posebno zanimanje za področje nanometra navaja naslednje:

Ker je sistemska organiziranost snovi na nanometru ključna značilnost bioloških sistemov, bosta nanoznanost in tehnologija omogočili vgrajevanje umetnih komponent in sklopov v celice ter s tem ustvarjanje novih strukturno organiziranih materialov, ki temeljijo na posnemanju metod samosestavljanja v naravi.

Poskusimo zdaj razumeti, kakšen pomen ima koncept "nanovelikosti" v svoji uporabi v biologiji, ob upoštevanju, da se morajo pri prehodu na to velikostno območje lastnosti bistveno ali dramatično spremeniti. Najprej pa se spomnimo, da se nanoregiji lahko približamo na dva načina: »od zgoraj navzdol« (fragmentacija) ali »od spodaj navzgor« (sinteza). Torej gibanje "od spodaj navzgor" za biologijo ni nič drugega kot tvorba biološko aktivnih kompleksov iz posameznih molekul.

Oglejmo si na kratko kemične vezi, ki določajo strukturo in obliko molekule. Prva in najmočnejša je kovalentna vez, za katero je značilna stroga smer (samo od enega atoma do drugega) in določena dolžina, ki je odvisna od vrste vezi (enojna, dvojna, trojna itd.). Kovalentne vezi med atomi so tiste, ki določajo »primarno strukturo« vsake molekule, to je, kateri atomi so med seboj povezani in v kakšnem vrstnem redu.

Obstajajo pa tudi druge vrste vezi, ki določajo tako imenovano sekundarno strukturo molekule, njeno obliko. To je predvsem vodikova vez – vez med polarnim atomom in atomom vodika. Najbližja je kovalentni vezi, saj je zanjo značilna tudi določena dolžina in smer. Vendar je ta vez šibka, njena energija je za red velikosti nižja od energije kovalentne vezi. Preostale vrste interakcij so neusmerjene in zanje ni značilna dolžina tvorjenih vezi, temveč hitrost, s katero se energija vezi zmanjšuje z naraščajočo razdaljo med medsebojno delujočimi atomi (interakcija na dolge razdalje). Ionska vez je interakcija dolgega dosega; van der Waalsove interakcije so kratkega dosega. Torej, če se razdalja med dvema delcema poveča za r krat, potem se bo v primeru ionske vezi privlačnost zmanjšala na 1/ r 2 od začetne vrednosti, v primeru že omenjene van der Waalsove interakcije - na 1/ r 3 ali več (do 1/ r 12). Vse te interakcije lahko na splošno opredelimo kot medmolekularne interakcije.

Oglejmo si zdaj tak koncept kot "biološko aktivna molekula". Priznati je treba, da je molekula snovi sama po sebi zanimiva le za kemike in fizike. Zanimajo jih njegova struktura (»primarna struktura«), oblika (»sekundarna struktura«), makroskopski indikatorji, kot so na primer agregatno stanje, topnost, tališča in vrelišča itd., ter mikroskopski (elektronski učinki in medsebojni vpliv atomov v dani molekuli, spektralne lastnosti kot manifestacija teh interakcij). Z drugimi besedami, govorimo o preučevanju lastnosti, ki jih načeloma kaže ena sama molekula. Spomnimo se, da je po definiciji molekula najmanjši delček snovi, ki nosi njene kemijske lastnosti.

Z biološkega vidika »izolirana« molekula (v tem primeru ni pomembno, ali gre za eno molekulo ali več enakih molekul) ni sposobna pokazati nobenih bioloških lastnosti. Ta teza se sliši precej paradoksalno, a jo skušajmo utemeljiti.

Razmislimo o tem na primeru encimov - beljakovinskih molekul, ki so biokemični katalizatorji. Na primer, encim hemoglobin, ki zagotavlja prenos kisika v tkiva, je sestavljen iz štirih beljakovinskih molekul (podenot) in ene tako imenovane prostetične skupine - hema, ki vsebuje atom železa, nekovalentno vezan na beljakovinske podenote hemoglobina.

Glavni oziroma odločilni prispevek k interakciji beljakovinskih podenot in hema, interakciji, ki vodi do tvorbe in stabilnosti supramolekularnega kompleksa, ki se imenuje hemoglobin, imajo sile, ki jih včasih imenujemo hidrofobne interakcije, vendar predstavljajo sile medmolekularnega interakcija. Vezi, ki jih tvorijo te sile, so veliko šibkejše od kovalentnih. Toda pri komplementarni interakciji, ko se dve površini zelo približata druga drugi, je število teh šibkih vezi veliko, zato je skupna energija interakcije molekul precej visoka in nastali kompleks je precej stabilen. Toda dokler se te vezi ne oblikujejo med štirimi podenotami, dokler ni dodana prostetična skupina (gem) (spet zaradi nekovalentnih vezi), pod nobenim pogojem ne morejo posamezni deli hemoglobina vezati kisika, še manj pa ga prenašati kamor koli. In zato nimajo te biološke aktivnosti. (Isto sklepanje je mogoče razširiti na vse encime na splošno.)

Poleg tega sam proces katalize pomeni nastanek med reakcijo kompleksa vsaj dveh komponent - samega katalizatorja in molekule (molekul), imenovanih substrat(-i), ki se podvrže nekakšni kemični transformaciji pod vplivom katalizatorja. . Z drugimi besedami, nastati mora kompleks vsaj dveh molekul, to je supramolekularni (supramolekularni) kompleks.

Zamisel o komplementarni interakciji je prvi predlagal E. Fischer, da bi razložil interakcijo zdravil z njihovo tarčo v telesu in se je imenoval interakcija "ključ za zaklepanje". Čeprav zdravila (in druge biološke snovi) niso v vseh primerih encimi, so prav tako sposobna povzročiti kakršen koli biološki učinek šele po interakciji z ustrezno biološko tarčo. In taka interakcija spet ni nič drugega kot tvorba supramolekularnega kompleksa.

Posledično je manifestacija bistveno novih lastnosti "navadnih" molekul (v obravnavanem primeru biološke aktivnosti) povezana s tvorbo supramolekularnih (supramolekularnih) kompleksov z drugimi molekulami zaradi sil medmolekularne interakcije. Natančno tako je zgrajena večina encimov in sistemov v telesu (receptorji, membrane itd.), vključno s tako kompleksnimi strukturami, ki jih včasih imenujemo biološki »stroji« (ribosomi, ATPaza itd.). In to se zgodi ravno na ravni nanometrske velikosti - od enega do več deset nanometrov.

Z nadaljnjo kompleksnostjo in povečanjem velikosti (več kot 100 nm), to je pri prehodu na drugo dimenzionalno raven (mikronivo), nastanejo veliko bolj zapleteni sistemi, ki so sposobni ne samo neodvisnega obstoja in interakcije (zlasti izmenjave energije) z okoljem. njihovem okolju, temveč tudi do samoreprodukcije. To pomeni, da se lastnosti celotnega sistema spet spremenijo - postane tako kompleksen, da je že sposoben samoreprodukcije in nastanejo tako imenovane žive strukture.

Številni misleci so vedno znova poskušali opredeliti Življenje. Ne da bi se spuščali v filozofske razprave, ugotavljamo, da je po našem mnenju življenje obstoj samoreproduktivnih struktur, žive strukture pa se začnejo z eno samo celico. Življenje je mikro- in makroskopski pojav, vendar se glavni procesi, ki zagotavljajo delovanje živih sistemov, odvijajo na ravni nanometrov.

Delovanje žive celice kot integrirane samoregulacijske naprave s poudarjeno strukturno hierarhijo zagotavlja miniaturizacija na ravni nanometrov. Očitno je, da je miniaturizacija na nanometrski ravni temeljni atribut biokemije, zato je razvoj življenja sestavljen iz pojava in integracije različnih oblik nanostrukturiranih objektov. To je del strukturne hierarhije v nanometrskem merilu, ki je omejen po velikosti zgoraj in spodaj (!), ki je ključnega pomena za videz in sposobnost obstoja celic. To pomeni, da je nanostopenjska raven tista, ki predstavlja prehod z molekularne ravni na raven bivanja.

Vendar pa je zaradi dejstva, da je miniaturizacija na ravni nanometrov temeljni atribut biokemije, še vedno nemogoče obravnavati kakršne koli biokemične manipulacije kot nanotehnološke – nanotehnologija še vedno vključuje načrtovanje in ne banalno uporabo molekul in delcev.

Zaključek

Na začetku članka smo že poskušali nekako razvrstiti predmete različnih naravoslovnih ved po načelu značilnih velikosti predmetov, ki jih preučujejo. Vrnimo se k temu še enkrat in z uporabo te klasifikacije ugotovimo, da je atomska fizika, ki proučuje interakcije znotraj atoma, subangstromske (femto- in piko-) velikosti.

»Navadna« anorganska in organska kemija sta velikosti angstromov, ravni posameznih molekul ali vezi znotraj kristalov anorganskih snovi. Toda biokemija je raven nanovelikosti, raven obstoja in delovanja supramolekularnih struktur, stabiliziranih z nekovalentnimi medmolekularnimi silami.

Toda biokemične strukture so še vedno relativno preproste in lahko delujejo relativno neodvisno ( in vitro, če ti je všeč). Nadaljnji zaplet, tvorba kompleksnih ansamblov s supramolekularnimi strukturami - to je prehod v samoreproduktivne strukture, prehod v Živo. In pri nas so to na ravni celic mikrovelikosti, na ravni organizmov pa makrovelikosti. To je že biologija in fiziologija.

Nanonivo je prehodno območje od molekularnega nivoja, ki tvori osnovo obstoja vsega živega, sestavljenega iz molekul, do nivoja Živega, nivoja obstoja samoreproduktivnih struktur in nanodelcev, ki so nadmolekularni. strukture, stabilizirane s silami medmolekularne interakcije, predstavljajo prehodno obliko od posameznih molekul do kompleksnih funkcionalnih sistemov. To se lahko odraža v diagramu, ki še posebej poudarja kontinuiteto Narave (slika 9). V shemi se svet nanometrskega merila nahaja med atomsko-molekularnim svetom in svetom živega, ki ga sestavljajo isti atomi in molekule, vendar organizirani v kompleksne samoreproducirajoče strukture, prehod iz enega sveta v drugega pa ni določen. le (in ne toliko) po velikosti struktur, ampak po njihovi kompleksnosti . Narava je že dolgo izumila in uporablja supramolekularne strukture v živih sistemih. Še zdaleč nismo vedno sposobni razumeti, še manj pa ponavljati, kaj Narava počne enostavno in naravno. Toda od nje ne morete pričakovati uslug, od nje se morate učiti.

Literatura:
1) Vul A.Ya., Sokolov V.I. Raziskave nanoogljika v Rusiji: od fulerenov do nanocevk in nanodiamantov / Ruske nanotehnologije, 2007. Zv. 3 (3–4).
2) Kats E.A. Fulereni, ogljikove nanocevke in nanoklastri: genealogija oblik in idej. - M.: LKI, 2008.
3) Ostwald V. Svet obvoznih količin. - M.: Založba partnerstva "Mir", 1923.
4) Piotrovsky L.B., Kiselev O.I. Fulereni v biologiji. - Rostock, Sankt Peterburg, 2006.
5) Tkachuk V.A. Nanotehnologije in medicina // Ruske nanotehnologije, 2009. T. 4 (7–8).
6) Khobza P., Zahradnik R. Medmolekulski kompleksi. - M.: Mir, 1989.
7) Mann S.Življenje kot pojav v nanometru. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 5306–5320.
8) Pokropivny V.V., Skorokhod V.V. Nove dimenzionalne klasifikacije nanostruktur // Physica E, 2008, v. 40, str. 2521–2525.

Nano - 10–9, pico - 10–12, femto - 10–15.

Še več, ne samo videti, ampak tudi dotakniti. »Toda rekel jim je: Če ne vidim na njegovih rokah znamenj od žebljev in ne vtaknem svojega prsta v znamenja od žebljev in ne vtaknem svoje roke v njegovo stran, ne bom veroval« (Janezov evangelij, 20. poglavje) , verz 24].

Na primer, o atomih je govoril že leta 430 pr. e. Demokrit Dalton je nato leta 1805 trdil, da: 1) so elementi sestavljeni iz atomov, 2) so atomi enega elementa enaki in se razlikujejo od atomov drugega elementa in 3) atomov ni mogoče uničiti v kemični reakciji. Toda šele od konca 19. stoletja so se začele razvijati teorije o zgradbi atoma, kar je povzročilo revolucijo v fiziki.

Pojem »nanotehnologija« je leta 1974 v uporabo uvedel Japonec Norio Taniguchi. Izraz dolgo časa ni bil široko uporabljen med strokovnjaki, ki delajo na sorodnih področjih, saj je Taniguchi uporabljal koncept "nano" le za označevanje natančnosti površinske obdelave, na primer v tehnologijah, ki omogočajo nadzor hrapavosti površine. materialov na ravni, nižji od mikrometra itd.

Koncepti "fuleren", "ogljikove nanocevke" in "grafen" bodo podrobneje obravnavani v drugem delu članka.

Eksperimentalna ilustracija te izjave je nedavno objavljen razvoj tehnoloških metod za proizvodnjo grafenskih plošč s "kemičnim rezanjem" in "razvijanjem" ogljikovih nanocevk.

Beseda "mikroskopski" je tukaj uporabljena samo zato, ker so se te lastnosti tako imenovale prej, čeprav v tem primeru govorimo o lastnostih, ki jih kažejo molekule in atomi, to je piko velikostnem območju.

Kar je zlasti vodilo do nastanka stališča, da je življenje pojav nanometrskih dimenzij [ Mann, 2008], kar pa po našem mnenju ne drži povsem.

Pretvornik dolžine in razdalje Pretvornik mase Pretvornik prostorninskih mer razsutih izdelkov in prehrambenih izdelkov Pretvornik površine Pretvornik prostornine in merskih enot v kulinaričnih receptih Pretvornik temperature Pretvornik tlaka, mehanske napetosti, Youngovega modula Pretvornik energije in dela Pretvornik moči Pretvornik sile Pretvornik časa Pretvornik linearne hitrosti Pretvornik ploskega kota Pretvornik toplotne učinkovitosti in izkoristka goriva Pretvornik števil v različnih številskih sistemih Pretvornik merskih enot količine informacij Tečaji Valute Velikosti ženskih oblačil in čevljev Velikosti moških oblačil in čevljev Pretvornik kotne hitrosti in frekvence vrtenja Pretvornik pospeška Pretvornik kotnega pospeška Pretvornik gostote Pretvornik specifične prostornine Pretvornik vztrajnostnega momenta Pretvornik momenta sile Pretvornik navora Pretvornik specifične toplote zgorevanja (po masi) Pretvornik gostote energije in specifične toplote zgorevanja (po prostornini) Pretvornik temperaturne razlike Pretvornik koeficienta toplotnega raztezanja Pretvornik toplotnega upora Pretvornik toplotne prevodnosti Pretvornik specifične toplotne kapacitete Pretvornik izpostavljenosti energiji in moči toplotnega sevanja Pretvornik gostote toplotnega toka Pretvornik koeficienta toplotnega prehoda Pretvornik volumskega pretoka Pretvornik masnega pretoka Pretvornik molskega pretoka Pretvornik gostote masnega pretoka Pretvornik molske koncentracije Pretvornik masne koncentracije v raztopini Dinamični (absolutni) pretvornik viskoznosti Pretvornik kinematične viskoznosti Pretvornik površinske napetosti Pretvornik prepustnosti pare Pretvornik gostote pretoka vodne pare Pretvornik ravni zvoka Pretvornik občutljivosti mikrofona Pretvornik Raven zvočnega tlaka (SPL) Pretvornik ravni zvočnega tlaka z izbirnim referenčnim tlakom Pretvornik svetilnosti Pretvornik svetilnosti Pretvornik osvetlitve Pretvornik računalniške grafike Pretvornik ločljivosti Frekvenca in Pretvornik valovne dolžine Moč dioptrije in goriščna razdalja Moč dioptrije in povečava leče (×) Pretvornik električnega naboja Pretvornik linearne gostote naboja Pretvornik površinske gostote naboja Pretvornik prostorninske gostote naboja Pretvornik električnega toka Pretvornik linearne gostote toka Pretvornik površinske gostote toka Pretvornik električne poljske jakosti Pretvornik elektrostatičnega potenciala in napetosti Pretvornik električnega upora Pretvornik električne upornosti Pretvornik električne prevodnosti Pretvornik električne prevodnosti Pretvornik električne kapacitivnosti Induktivnost Pretvornik ameriškega merila žice Ravni v dBm (dBm ali dBm), dBV (dBV), vatih itd. enote Pretvornik magnetomotorne sile Pretvornik magnetne poljske jakosti Pretvornik magnetnega pretoka Pretvornik magnetne indukcije Sevanje. Pretvornik hitrosti absorbirane doze ionizirajočega sevanja Radioaktivnost. Pretvornik radioaktivnega razpada Sevanje. Pretvornik doze izpostavljenosti Sevanje. Pretvornik absorbirane doze Pretvornik decimalne predpone Prenos podatkov Pretvornik enot za tipografijo in obdelavo slik Pretvornik enot prostornine lesa Izračun molske mase Periodni sistem kemičnih elementov D. I. Mendelejeva

1 mikro [μ] = 1000 nano [n]

Začetna vrednost

Pretvorjena vrednost

brez predpone yotta zetta exa peta tera giga mega kilo hecto deca deci santi milli mikro nano pico femto atto zepto yocto

Magnetomotorna sila

Metrični sistem in mednarodni sistem enot (SI)

Uvod

V tem članku bomo govorili o metričnem sistemu in njegovi zgodovini. Videli bomo, kako in zakaj se je začelo in kako se je postopoma razvilo v to, kar imamo danes. Ogledali si bomo tudi sistem SI, ki se je razvil iz metričnega sistema mer.

Našim prednikom, ki so živeli v svetu, polnem nevarnosti, je sposobnost merjenja različnih količin v njihovem naravnem okolju omogočila približevanje razumevanju bistva naravnih pojavov, poznavanju svojega okolja in zmožnosti, da nekako vplivajo na to, kar jih obdaja. . Zato so ljudje poskušali izumiti in izboljšati različne merilne sisteme. Na začetku človeškega razvoja ni bilo imeti merilnega sistema nič manj pomembno kot je zdaj. Pri gradnji stanovanj, šivanju oblačil različnih velikosti, pripravi hrane je bilo treba izvajati različne meritve in seveda trgovina in menjava nista mogli brez meritev! Mnogi verjamejo, da je oblikovanje in sprejetje mednarodnega sistema enot SI najresnejši dosežek ne le znanosti in tehnologije, temveč tudi človeškega razvoja na splošno.

Zgodnji merilni sistemi

V zgodnjih merilnih in številskih sistemih so ljudje za merjenje in primerjavo uporabljali tradicionalne predmete. Na primer, domneva se, da se je decimalni sistem pojavil zaradi dejstva, da imamo deset prstov na rokah in nogah. Naše roke so vedno z nami – zato so ljudje že od pradavnine uporabljali (in še vedno uporabljajo) prste za štetje. Kljub temu za štetje nismo vedno uporabljali sistema z osnovo 10, metrični sistem pa je razmeroma nov izum. Vsaka regija je razvila svoje sisteme enot in čeprav imajo ti sistemi veliko skupnega, je večina sistemov še vedno tako različnih, da je bila pretvorba merskih enot iz enega sistema v drugega vedno problem. Ta problem je postajal vse hujši, ko se je razvijala trgovina med različnimi narodi.

Natančnost prvih sistemov uteži in mer je bila neposredno odvisna od velikosti predmetov, ki so obkrožali ljudi, ki so razvili te sisteme. Jasno je, da so bile meritve netočne, saj »merilne naprave« niso imele natančnih dimenzij. Na primer, deli telesa so bili običajno uporabljeni kot merilo za dolžino; maso in prostornino smo izmerili z uporabo prostornine in mase semen in drugih majhnih predmetov, katerih dimenzije so bile bolj ali manj enake. Spodaj si bomo podrobneje ogledali takšne enote.

Dolžinske mere

V starem Egiptu so dolžino najprej preprosto izmerili komolci, kasneje pa še s kraljevskimi komolci. Dolžina komolca je bila določena kot razdalja od pregiba komolca do konca iztegnjenega sredinca. Tako je bil kraljevi komolec opredeljen kot komolec vladajočega faraona. Izdelan je bil vzorčni komolec, ki je bil na voljo širši javnosti, tako da je lahko vsak izdelal svoje lastne dolžinske mere. To je bila seveda poljubna enota, ki se je spreminjala, ko je na prestol stopila nova vladajoča oseba. Stari Babilon je uporabljal podoben sistem, vendar z manjšimi razlikami.

Komolec je bil razdeljen na manjše enote: dlan, roka, zerets(ft) in ti(prst), ki so bile predstavljene s širino dlani, roke (s palcem), stopala oziroma prsta. Hkrati so se odločili, da se dogovorijo, koliko prstov je v dlani (4), v roki (5) in v komolcu (28 v Egiptu in 30 v Babilonu). Bilo je bolj priročno in natančnejše kot vsakokratno merjenje razmerij.

Mere za maso in težo

Meritve teže so temeljile tudi na parametrih različnih predmetov. Semena, zrna, fižol in podobni predmeti so bili uporabljeni kot mere za težo. Klasičen primer enote za maso, ki se uporablja še danes, je karat. Dandanes se teža dragih kamnov in biserov meri v karatih, nekoč pa je bila teža rožičevih semen, drugače imenovanih rožič, določena v karatih. Drevo gojijo v Sredozemlju, njegova semena pa se odlikujejo po stalni masi, zato jih je bilo priročno uporabljati kot merilo teže in mase. Različni kraji so uporabljali različna semena kot majhne enote teže, večje enote pa so bile običajno večkratniki manjših enot. Arheologi pogosto najdejo podobne velike uteži, običajno iz kamna. Sestavljene so iz 60, 100 in drugih majhnih enot. Ker ni bilo enotnega standarda za število majhnih enot in tudi za njihovo težo, je prihajalo do konfliktov, ko so se srečevali prodajalci in kupci, ki so živeli v različnih krajih.

Mere za prostornino

Sprva so prostornino merili tudi z majhnimi predmeti. Na primer, prostornino lonca ali vrča smo določili tako, da smo ga do vrha napolnili z majhnimi predmeti glede na standardno prostornino - kot so semena. Vendar pa je pomanjkanje standardizacije povzročilo enake težave pri merjenju prostornine kot pri merjenju mase.

Razvoj različnih sistemov ukrepov

Starogrški sistem mer je temeljil na starogrškem in babilonskem, Rimljani pa so svoj sistem ustvarili na podlagi starogrškega. Nato so se z ognjem in mečem ter seveda s trgovino ti sistemi razširili po vsej Evropi. Treba je opozoriti, da tukaj govorimo le o najpogostejših sistemih. Vendar je bilo veliko drugih sistemov uteži in mer, saj sta bila menjava in trgovina potrebna za vse. Če na tem območju ni bilo pisave ali ni bilo običajno zapisovati rezultatov izmenjave, potem lahko le ugibamo, kako so ti ljudje merili prostornino in težo.

Obstaja veliko regionalnih razlik v sistemih mer in uteži. To je posledica njihovega neodvisnega razvoja in vpliva drugih sistemov nanje zaradi trgovanja in osvajanja. Različni sistemi so bili ne samo v različnih državah, ampak pogosto znotraj iste države, kjer je imelo vsako trgovsko mesto svojega, saj lokalni vladarji niso želeli združevanja, da bi ohranili svojo oblast. Ko so se razvijala potovanja, trgovina, industrija in znanost, so številne države poskušale poenotiti sisteme uteži in mer, vsaj v svojih državah.

Že v 13. stoletju, morda pa že prej, so znanstveniki in filozofi razpravljali o oblikovanju enotnega merilnega sistema. Šele po francoski revoluciji in kasnejši kolonizaciji različnih regij sveta s strani Francije in drugih evropskih držav, ki so že imele svoje sisteme uteži in mer, se je razvil nov sistem, sprejet v večini držav svetu. Ta novi sistem je bil decimalni metrični sistem. Temeljila je na osnovi 10, kar pomeni, da je za vsako fizikalno količino obstajala ena osnovna enota, vse ostale enote pa je bilo mogoče oblikovati na standarden način z uporabo decimalnih predpon. Vsako tako delno ali večkratno enoto bi lahko razdelili na deset manjših enot, te manjše enote pa bi lahko razdelili na 10 še manjših enot in tako naprej.

Kot vemo, večina zgodnjih merilnih sistemov ni temeljila na osnovi 10. Priročnost sistema z osnovo 10 je v tem, da ima številski sistem, ki ga poznamo, enako osnovo, kar nam omogoča hitro in priročno uporabo preprostih in znanih pravil , pretvarjati iz manjših enot v velike in obratno. Številni znanstveniki menijo, da je izbira desetice kot osnove številskega sistema poljubna in povezana le z dejstvom, da imamo deset prstov in če bi imeli drugačno število prstov, bi verjetno uporabljali drug številski sistem.

Metrični sistem

V zgodnjih dneh metričnega sistema so se kot merila za dolžino in težo uporabljali umetni prototipi, tako kot v prejšnjih sistemih. Metrični sistem se je iz sistema, ki temelji na materialnih standardih in odvisnosti od njihove natančnosti, razvil v sistem, ki temelji na naravnih pojavih in temeljnih fizikalnih konstantah. Na primer, časovna enota sekunda je bila sprva opredeljena kot delček tropskega leta 1900. Pomanjkljivost te definicije je bila nezmožnost eksperimentalnega preverjanja te konstante v naslednjih letih. Zato je bila druga redefinirana kot določeno število obdobij sevanja, ki ustreza prehodu med dvema hiperfinima nivojema osnovnega stanja radioaktivnega atoma cezija-133, ki miruje pri 0 K. Enota za razdaljo, meter , je bil povezan z valovno dolžino linije sevalnega spektra izotopa kriptona-86, kasneje pa je bil meter na novo definiran kot razdalja, ki jo svetloba prepotuje v vakuumu v časovnem obdobju, ki je enako 1/299.792.458 sekunde.

Mednarodni sistem enot (SI) je bil ustvarjen na podlagi metričnega sistema. Opozoriti je treba, da tradicionalno metrični sistem vključuje enote za maso, dolžino in čas, v sistemu SI pa je število osnovnih enot razširjeno na sedem. O njih bomo razpravljali spodaj.

Mednarodni sistem enot (SI)

Mednarodni sistem enot (SI) ima sedem osnovnih enot za merjenje osnovnih veličin (masa, čas, dolžina, svetlobna jakost, količina snovi, električni tok, termodinamična temperatura). to kilogram(kg) za merjenje mase, drugo(c) za merjenje časa, meter(m) za merjenje razdalje, kandela(cd) za merjenje svetlobne jakosti, Krt(okrajšava mol) za merjenje količine snovi, amper(A) za merjenje električnega toka in kelvin(K) za merjenje temperature.

Trenutno ima samo kilogram še standard, ki ga je ustvaril človek, medtem ko preostale enote temeljijo na univerzalnih fizikalnih konstantah ali naravnih pojavih. To je priročno, ker je mogoče fizikalne konstante ali naravne pojave, na katerih temeljijo merske enote, kadar koli enostavno preveriti; Poleg tega ni nevarnosti izgube ali poškodbe standardov. Prav tako ni treba ustvarjati kopij standardov, da bi zagotovili njihovo razpoložljivost v različnih delih sveta. S tem odpravimo napake, povezane z natančnostjo izdelave kopij fizičnih objektov, in tako zagotovimo večjo natančnost.

Decimalne predpone

Za tvorbo mnogokratnikov in podmnožnikov, ki se od osnovnih enot sistema SI razlikujejo za določeno celo število krat, kar je potenca števila deset, uporablja predpone, priložene imenu osnovne enote. Sledi seznam vseh trenutno uporabljenih predpon in decimalnih faktorjev, ki jih predstavljajo:

Konzola	Simbol	Številčna vrednost; Vejice tukaj ločujejo skupine števk, decimalno ločilo pa je pika.	Eksponentni zapis
yotta	Y	1 000 000 000 000 000 000 000 000	10 24
zetta	Z	1 000 000 000 000 000 000 000	10 21
exa	E	1 000 000 000 000 000 000	10 18
peta	p	1 000 000 000 000 000	10 15
tera	T	1 000 000 000 000	10 12
giga	G	1 000 000 000	10 9
mega	M	1 000 000	10 6
kilogram	Za	1 000	10 3
hekto	G	100	10 2
zvočna plošča	ja	10	10 1
brez predpone		1	10 0
deci	d	0,1	10 -1
centi	z	0,01	10 -2
Milli	m	0,001	10 -3
mikro	mk	0,000001	10 -6
nano	n	0,000000001	10 -9
pico	p	0,000000000001	10 -12
femto	f	0,000000000000001	10 -15
atto	A	0,000000000000000001	10 -18
zepto	h	0,000000000000000000001	10 -21
yocto	in	0,000000000000000000000001	10 -24

Na primer, 5 gigametrov je enako 5.000.000.000 metrov, medtem ko so 3 mikrokandele enake 0,000003 kandel. Zanimivo je omeniti, da je kljub prisotnosti predpone v enoti kilogram osnovna enota SI. Zato se zgornje predpone uporabljajo z gramom, kot da bi šlo za osnovno enoto.

V času pisanja tega članka samo tri države niso prevzele sistema SI: ZDA, Liberija in Mjanmar. V Kanadi in Združenem kraljestvu se tradicionalne enote še vedno pogosto uporabljajo, čeprav je sistem SI uradni sistem enot v teh državah. Dovolj je, da greste v trgovino in si ogledate cenovne oznake za funt blaga (izkaže se ceneje!) Ali poskusite kupiti gradbeni material, merjen v metrih in kilogramih. Ne bo delovalo! Da ne omenjam embalaže blaga, kjer je vse označeno v gramih, kilogramih in litrih, a ne v celih številkah, ampak preračunano iz funtov, unč, pintov in kvartov. Prostor za mleko v hladilnikih se prav tako izračuna na pol galone ali galone, ne na litrsko škatlo mleka.

Vam je težko prevajati merske enote iz enega jezika v drugega? Kolegi so vam pripravljeni pomagati. Objavite vprašanje v TCTerms in v nekaj minutah boste prejeli odgovor.

Izračuni za pretvorbo enot v pretvorniku " Pretvornik decimalnih predpon" izvajajo s funkcijami unitconversion.org.

1 mega [M] = 0,001 giga [G]