В последнее время исследователи все чаще проявляют интерес к изготовлению и изучению свойств наночастиц (частиц с диаметром менее 100 нм). Эти объекты обещают стать основой реального внедрения новых технологий, вследствие чего их производство уже сейчас стало важным и неотъемлемым сектором возникающего рынка коммерческих нанопродуктов. Как выяснили историки науки, частицы нанометрового размера использовались (разумеется, без всякого научного обоснования) еще в глубокой древности, и, например, прославленная окраска древнеримских стеклянных ваз объясняется присутствием в стекле нанокластеров атомов золота[55]. В качестве современного примера использования наночастиц можно указать на угольную сажу, добавляемую в автомобильные покрышки для повышения их прочности и износостойкости. Масштабы коммерческого производства сажи для этих целей весьма внушительны: в 2000 году годовой объем ее выпуска составлял 6 миллионов тонн[56]. Интерес к наночастицам диктуется тем, что при высокой степени измельчения существенно изменяются физико-химические свойства (механические, оптические, магнитные и т. д.) практически всех веществ. Кроме того, размеры наночастиц позволяют им вступать в прямой контакт на молекулярном уровне с биологическими тканями и системами, осуществляя необходимое взаимодействие.
На рис. 13.1 изображены стандартных наночастиц, из которых (для наглядности) сформирована более крупная частица микронного размера.
Рис. 13.1. Частица TiO2 микронного размера, сформированная из наночастиц (микрофотография предоставлена фирмой Altair Nanotechnologies, Inc.)
Многие читатели наверняка помнят, что еще несколько лет назад крем от загара представлял собой непрозрачную молочно-белую мазь, цвет которой объяснялся наличием в ней микронных частиц окиси цинка, которые и поглощали вредную для кожи ультрафиолетовую часть солнечного излучения. В настоящее время производятся прозрачные кремы, гораздо более удобные и привлекательные для потребителей. Коммерческий успех новых косметических препаратов объясняется тем, что в их состав входят частицы той же окиси цинка, но измельченные до нанометрических размеров. Такие частицы по-прежнему пропускают большую часть солнечного света, но сохраняют способность поглощать опасные волны УФ-области спектра. Позднее для этих же целей стали использоваться наночастицы другого известного белого красителя (двуокиси титана), то есть простая замена микронных частиц на нанометрические позволила создать новый и весьма успешный коммерческий продукт в косметической промышленности[57].
Изменение свойств частиц двуокиси титана позволило им найти еще одно важное техническое применение при так называемой сенсибилизации красителем рабочего вещества солнечных батарей. Эффективность преобразования света такими батареями определяется в первую очередь способностью частиц вещества поглощать солнечное излучение. Обнаружилось, что наночастицы двуокиси титана благодаря своей очень большой суммарной площади поглощают свет в тысячи раз (!) сильнее обычных, объемных кристаллов того же состава[58], не говоря уже о том, что солнечные батареи с сенсибилизацией красителем оказались намного дешевле в производстве, чем известные фотоэлектрические устройства на основе кремния. Сейчас наноматериалы такого типа все шире используются в промышленности, доказательством чего стала организация их промышленного выпуска в Австралии (2001 год)[59].
