O’zbekiston respublikasi oliy va o’rta ta’lim vazirligi

1-rasm. Nanokimyoning fanlar bilan bogʻlanishi tavsifi
Birinchi marta, keyinchalik nanotexnologiyalar deb atalgan metodlar haqidagi fikrni, gʻoyani R.Feynmanning 1959 yilda Kaliforniya texnologiya institutida Amerika fiziklari jamiyatining har yillik uchrashuvida aytgan “Mening koʻrishimcha, fizikaning prinsiplari yakka atomlar bilan ish koʻrishni taʻqiqlamaydi ”soʻzlari bilan bogʻlaydilar. U nanotexnologiya tushunchasini atomlar va molekulalarni manupulyatsiyalash yoʻli orqali aytilgan atomar tuzilishli mahsulotni ishlab chiqarish metodlarining majmuasi sifatida kiritdi.
Ilm- fan taraqiyotida nanotexnolgiya fan sifatida eng yosh yoʻnalishlardan biri hisoblanadi. Uning rivojlanish tarixi haqida aniq bir fikr bildirish qiyin. Biroq, hozirgi kunda nanotexnologiyalarning bobosi deb grek faylasufi Demokrit hisoblanadi. U 2400 yil oldin moddaning eng mayda zarrachasini taʻriflash uchun birinchi boʻlib “atom” soʻzidan foydalangan.
Keyinchalik, 1861 - yili irlandiyalik Robert Boyl yer shari suv, oʻt, yer va havodan iborat boʻlib, ular ham mayda zarrachalardan tashkil topganligini taʻkidlagan. Hozirgi kunda Demokrit va Boyl gʻoyalari fanda qoʻllanilib kelinmoqda. Shuningdek bir necha faylasuf va olimlar ham moddalarning mayda zarrachalardan tashkil topganligi haqida oʻz gʻoyalarini ilgari surishgan.
1883 - yili amerikalik ixtirochi George Eastmen tomonidan fotoplyonkaning yaratilishi nanotexnologiyada keskin burilishga olib keldi. Uning ixtirosi nanotuzilmali materiallar olish imkoniyatini oshirdi.
Shveytsariyalik fizik Albert Eynshteyn nanometr birligini ishlatib, 1905- yilda nashr qilingan ishida qand (shakar) molekulasining oʻlchami taxminan 1 nanometrga teng ekanligini nazariy jihatdan koʻrsatib bergan.
1931 - yilda nemis fiziklari Maks Knoll va Ernst Ruskalar birinchi marta nanoobʻektlarni oʻrganish mumkin boʻlgan elektron mikroskop yaratdilar.
1932 - yilda esa golandiyalik professor Frits Sernik optik mikroskopni yaratdi. U bu mikroskop yordamida jonli kletkalarni oʻrganishga harakat qilgan. Hozirda bu mikroskop medisinada keng qoʻllanilib kelinadi. Shuningdek, 1939 - yili Siemens kompaniyasi birinchi marta aniqlash imkoniyati 10 nanometr boʻlgan elektron mikroskopni ishlab chiqarishni boshladi.
1959 yilda amerikalik fizik Richard Feynman Amerika fiziklari hamjamiyatining yillik yigʻilishida miniatyuralash kelajagini baholay olgan ishlarini eʻlon qildi. Nanotexnologiyalarning asosiy holatlari, uning “U yerda – pastda joylar koʻp” (“There`s Plenty of room at the Bottom”) deb nomlangan Kaliforniya Texnologiya institutida oʻqilgan maʻruzasida keltirilgan edi. Maʻruzaning asosiy postulati shundan iborat ediki, fizikaning fundamental qonunlari nuqtai nazaridan barcha narsalarni toʻgʻridan-toʻgʻri atomlardan hosil qilish mumkin. Feynman maxsus qurilmalar yordamida, juda kichik oʻlchamli qurilmalar hatto atom darajasidagi qurilmalarni yaratish mumkinligini aytib oʻtgan.
Oʻsha vaqtda uning bu soʻzlari fantastikaga oʻxshab ketar edi: ayrim atomlar bilan oʻtkazish mumkin boʻlgan texnologiyalar xali yoʻq edi (yaʻni atomni aniqlab olish, uni olib boshqa joyga qoʻyish va boshqalar). Bu sohaga qiziqishni kuchaytirish uchun kim birinchi boʻlib kitobning bir betini igna uchiga yozib bersa, unga 1000 dollar berishni eʻlon qilgan. Biroq, qurilmalarni, buyumlarni yoki boshqa narsalarni kichik oʻlchamlarda tayyorlash haqidagi fikrlar nafaqat Feynman tomonidan balki, bunday fikrlar koʻplab yozuvchilarning asarlarida ham keltirilgan. Masalan, Feynmandan oldin 1931 yilda Boris Jitkovning “Mikroqoʻllar” (“Mikroruki”) nomli fantastik asarida kichik oʻlchamli qoʻllar, ularning ish bajara olish qobiliyatlari haqida yozilgan. Bundan ming yillar avval Misr va Rimliklar turli boʻyoqlar uchun nanozarrachalardan foydalanganlar. Frantsiya muzeylarida kosmetika uchun qoʻllanilgan boʻyoqlar saqlanadi. Boʻyoqlar qoʻrgʻoshin asosida tayyorlangan boʻlib, zarrachaning oʻlchami bor yoʻgʻi 5 nanometrga teng.
Doktor Philipp Walterning tadqiqot natijalariga koʻra, nanotexnologiya asosida olingan qora rangli boʻyoqlar eng sifatli boʻlib, hozirgi kungacha undan foydalanib kelinadi. Bu rangdagi boʻyoq zarrachali sulfad qoʻrgʻoshin birikmali minerallari sochga chuqqurroq kirib borishini olimlar amaliy jihatdan aniqlagan. Biroq, tarixiy maʻlumotlarga qaraganda nanotexnologiya taraqqiyotining keyingi davri George Eastmen tomonidan fotoplyonkaning yaratilishi, shuningdek boshqa olimlar tomonidan nanotuzilmalarni tadqiq etish uchun mikroskopning yaratilishi bilan jadallashgan boʻlsa, Richard Feynmanning ishlari nanotexnologiyalar rivojlanishining debochasi hisoblanadi.
1966 - yili Amerika fizigi Rassel Yang pezodvigatelni yaratdi. U tunnel mikroskoplarda qoʻllanilib kelinib, 0,01 angstremgacha aniqlikda nanotuzilmalarni tadqiq etish imkonini bergan. Bundan tashqari, Rassel Yang 1971 - yili zondli mikroskop uchun Topografiner qurilmasini oʻylab topdi.
Amerikaning Bell kompaniyasining ilmiy-boʻlimi xodimlari Alfred Cho va Jon Arturlar 1968 yilda sirtni nano-qayta ishlashning nazariy asoslarini ishlab chiqishdi.
1974-yilda inglizcha maʻnoga ega boʻlgan «nanotechnology» soʻzini birinchi boʻlib Yaponiyaning Tokio universiteti fizigi, professor Norio Taniguchi taklif etgan edi. U bu atama bilan oʻlchamlari 1 mikrondan kichik boʻlgan mexanizmlarni (uskunalarni) atashni oʻsha yili Tokioda boʻlib oʻtgan xalqaro konferentsiyada (International Conference on Precision Engineering) “Nanotexnologiyaning asosiy prinsiplari haqida” («On the basis Concept of Nanotechnology») degan maʻruzasida ishlatdi. Shunga qaramasdan nanotexnologiya tushunchasiga taʻrif berish jarayoni hali ham toʻxtamagan, baʻzan bu masala qizgʻin munozaralarga sabab boʻlmoqda.
1981-yilda germaniyalik fiziklar Gerd Binnig va Genrix Rorerlar nanotuzilmalarni oʻrganish imkonini beradigan zondli mikroskopni yaratishdi. Bu mikroskop namuna sirtini angstremning oʻndan bir ulishi, aniqroq aytganda alohida atomni koʻrsatish imkonini beradi. Soʻngra 1982-yil tunnel mikroskopini yaratishdi. 4 yildan soʻng ular Nobel mukofotini oldilar.
1985-yilda Amerika kimyogarlari Robert Kurl, Harold Kroto va Richard Smalleylar 60 ta uglerod atomlaridan iborat fulleren molekulalarini aniqlashdi. Shuningdek, ular birinchi marta diametri 1 nanometrga teng boʻlgan predmetlarni aniq oʻlchay oladigan texnologiyani yaratdilar.
1985-yilda Gerd Binnig tunnel mikroskopidan farqli ravishda har qanday materiallar bilan oʻzaro ishlay oladigan mikroskop yaratdi. U nafaqat alohida atomlarni koʻrish balki, sirtdagi atomlarga taʻsir qilish imkonini beradi. Matbuotda nanotexnologiyalarga oid yangiliklardan keng ommaning ham habar topishi unga boʻlgan qiziqishni kuchaytirdi.
1986- yilda Amerikalik futurolog Eric Drexsler “Mashinalar yaratish” nomli kitobini nashr qildi. Unda nanotexnologiyalar yaqin vaqtlar ichida tez rivojlanib ketishini bashorat etgan edi.
1987-1988-yillari P.N.Luskinov rahbarligida birinchi marta Rossiya nanotexnologiya qurilmasi ishlab chiqarildi.
1989- yilda IBM kompaniyasi xodimi Donald Eigler oʻz firmasining nomini ksenon atomlari bilan bogʻladi.
1991-yili Yaponiyalik professor Sumio Lidjima uglerodli nanotrubkalar yaratishda fullerenlardan foydalanishdi. Nanotrubkaning diametri 0,8 nanometrni tashkil qilgan. Hozirgi kunda, ular asosida yuz marta mustahkam boʻlgan poʻlatlar ishlab chiqarilmoqda.
Shu yili Shimoliy Karolina universiteti xodimlari Uorren Robinet va Sten Uilyams nanomanipulyator tayyorlashdi.
1991-yili AQShda birinchi marta nanotexnologiya dasturi ishga tushdi. Shuningdek, Yaponiya, Yevropa davlatlari ham bunday dasturni davlat ahamiyati darajasida qoʻllab quvvatlashni boshladi.
1997-yili Erik Dreksler agar nanotexnologiya shunday tezlikda rivojlansa, 2020-yilga borganda alohida atomlardan iborat nanoqurilmalar yigʻish mumkinligini aytdi.
1997-yilda Gollandiyalik fizik Seez Dekker molekulalardan iborat nanotranzistorni yaratdi. U bu bilan birinchi marta molekulalarning oʻtkazuvchanligini aniqlashga erishdi. Keyinchalik uzunligi 300 nm boʻlgan nanotrubkalar yaratish texnologiyasi paydo boʻldi.
Yaponiyada nanoelektronikani rivojlantirish uchun "Astroboy" dasturi ishga tushirildi. Unda kosimik sovuq va minglab gradus issiq sharoitlarda ishlaydigan nanoelektronika yaratiladi.
1999 -yili Amerika fiziklari James Tour va Mark Reedlar alohida molekula oʻzini molekulalar zanjiri singari tutishini koʻrsatib berishdi.
2000- yili nemis fizigi Frants Gissibl kremniyda subatom zarrachasini koʻrishga erishdi. Uning hamkasbi Robert Magerle bilan birgalikda nanotomografiya texnologiyasini taklif etishdi. Bu texnologiya 100 nm aniqlikda jismlarning ichki tuzilishini uch oʻlchamda aniqlash imkonini beradi.
2000-yilda AQSh hukumati nanotexnologiyalar sohasida “Milliy nanotexnologik tashabbusi”ni eʻlon qildi. Nanotexnologiyalar davlat ahamiyati darajasiga koʻtarildi. Oʻsha vaqtda AQSh federal byudjetidan dastlabki tadqiqotlar uchun 500 mln. dollar ajaratildi. 2002-yilda bu mablagʻ 604 mln. dollargacha oshirildi. 2003-yilga 710 mln. dollar soʻraldi, 2004-yilda AQSh hukumati bu sohadagi olib borilayotgan izlanishlarga 4 yilga moʻljallangan 3,7 mlrd. dollar ajratdi. Umumiy ravishda butun dunyoda bu sohani oʻrganishga kiritilgan mablagʻ 12 mlrd. dollarni tashkil etdi. Nanotexnologiyalar meditsina sohasida ham rivojlandi. 2004-yilda AQSh hukumati “Milliy nanotibbiyot tashabbusi”ni qoʻllab quvvatladi.
2004-2006-yillari Rossiyalik tadqiqotchi va ixtirochi V.I.Petrik izotoplarning ajralishi va metallarni gazfazalari yordamida tozalash metodlari yordamida bir qator, platina, temir, nikel singari metallarning nanotuzilmalarini olishga erishdi.
2007-yili Rossiyada “Nanotexnologiya Rossiya korporatsiya”si hamda xukumatning maqsadli dasturi yoʻlga qoʻyldi. Uning maqsadi Rossiyada nanotexnologiyalarni rivojlanishga qaratildi.
2002-yili Siz Dekker uglerodli trubkaga DNKni biriktirdi.
2003-yili Yuto universiteti professori Feng Lyu atom mikroskop yordamida elektronlarning orbita shakllarini tuzdi.

2004. 
      yilning oktyabrida Manchester universitida grafen tayyorlandi. Robert Freytas bu material olmosli mexanosintetik qurilmalar yaratish uchun asos boʻlishi mumkinligini eʻtirof etdi.
      

2004- yil 23-avgustida esa, Stanford universitetida uglerodli nanotrubka va baʻzi organik moddalardan iborat tranzistor yaratildi. Nanotrubkalar elektrod vazifasini uning oʻrtasiga joylashtirilgan organik modda yarimoʻtkazgich vazifasini bajaradi. Bu qurilmaning uzunligi 3 nanometr va kengligi 2 nanometrni tashkil qiladi.
2005-yilning 1 martida Intel kompaniyasi oʻlchami 65 nm, keyinchalik 5 nm boʻlgan elementdan iborat protsessorni yaratishdi.
Zamonaviy kremniy chiplar turli texnikaviy zaruratlar natijasida kichiklashib boraveradi. Ammo yoʻlakchasining eni 40-50 nanometr boʻlganda kvant mexanik buzilishlar oshib boradi: elektronlar tunnel effekti hisobiga tranzistorlardagi oʻtish yoʻlaklarini teshib oʻta boshlaydi. Bu esa qisqa tutashuv degani. Buni yengib oʻtish uchun kremniy oʻrniga oʻlchamlari bir necha nanometr boʻlgan uglerod birikmali nanochiplar qoʻl kelishi mumkin. Hozirgi vaqtda bu yoʻnalishda katta izlanishlar olib borilmoqda.
U yoki bu obʻektni nanoobʻektlar qatoriga kiritishning aniq kriteriylari boʻlmasa ham, lekin maʻlum fizik jarayonlar, masalanobʻektlar oʻlchamining ularning xossalariga keskin taʻsir koʻrsatishi bu muammoni yechishi mumkin. Bunday hodisa fizikada «oʻlcham effekti» (rus adabiyotida «razmerniy effekt») deb ataladi. Ammo berilgan obʻekt baʻzi bir xossalariga nisbatan oʻzini mikroobʻektdek tutishi mumkin.
Xullas, nanodunyoning aniq chegaralarini chizib berish ancha qiyin ish. Adabiyotda nanotexnologiyaga oʻnlab taʻriflar berilgan. Masalan, “nanotexnologiya” tushunchasiga qanday taʻrif berasiz? degan savolga 100 ta ekspert – olimlar quydagicha javob berganlar:

1.	Oʻlchamlari 100 nm dan kata boʻlmagan elementlar bilan ish koʻradigan texnologiya	45
2.	Submikron elementlar bilan ish koʻradigan texnologiya	17
3.	Fizikaning prinsipial yangi qonunlarini ishlatadigan texnologiya	5
4.	Bitta–bitta atom va molekulalar bilan ish koʻradigan (manipulyatsiya qiladigan) texnologiya	23
5.	Boshqa javoblar	10

Qanday omillar (sabablar) nanotexnologiyalarni rivojlantirishga turtki boʻlyapti? Ularning baʻzilari quydagilardir:

- anʻanaviy materiallarning tarkibini oʻzgartirmasdan turib ularning xossalarini radikal ravishda oʻzgartirish mumkin;
- prinsipial yangi materiallarni yaratish mumkin;
- kvant effektlarini qoʻllash mumkin;
- mahsulotlarning (buyumlarning) oʻlchamlarini kamaytirib, kattaligini atom (yoki molekula) darajasiga olib tushish va ularda yangi funktsiyalarni bajarish qobiliyatini paydo qilish;
- tabiatda bor nanostrukturalardan (asosan biologik nanostrukturalardan) effektiv foydalanish imkoni kuchaydi;
- traditsion (anʻanaviy) texnologiyalar chegarasida umuman yechib boʻlmaydigan masalalarni qoʻyish va yechish;
- material va energiyani sarflashni kamaytirish va atrof muhitni zaharlashni deyarli yoʻq qilish.
Albatta, inson nanotexnologiyalar asridan ancha avval ham nanodunyoga tegishli obʻekt va jarayonlardan (ularning maʻnosini tushunmasdan) keng foydalangan. Masalan, oʻzaro biokimyoviy reaksiyaga kirishish butun biosferaning, shu jumladan inson xayotining asosidir; vino, pivo, pishloq va nonga oʻxshash mahsulotlarni tayyorlashda bijgʻish jarayoni nanooʻlchamli biokatalizatorlar – fermentlar ishtirokida yuz beradi; fotoplenkada fototasvirni hosil qilish uchun kumush nanozarrachalarda yuz beradigan fotokimyoviy reaksiyadan foydalaniladi, va h.k. Lekin oʻsha paytlarda bu nanojarayonlarning fizik–kimyoviy asoslari maʻlum boʻlmagan, shuning uchun ulardan keng miqyosda maqsadli ravishda foydalanishning va rivojlantirishning imkoni boʻlmagan.
Kimyo fani necha yuz yillardan beri rivojlanib kelayotgan fan boʻlib, u moddalarning tarkibi, tuzilishi, xossalari va ularning oʻzaro taʻsiri (reaksiyasi) natijasida boshqa moddalarga aylanish qonuniyatlarini oʻrganadi. Odatda kimyo moddaning makroskopik miqdorlari bilan ish koʻradi, ularda trillionlab atom – molekulalar boʻladi, koʻpincha biz moddalarning atom–molekulalardan tuzilganligini unutib ish koʻrganimizni sezmay qolamiz. Lekin XX asr oxiriga kelib, tunnel mikroskopi kashf etildi, moddani juda kichik zarrachalar, xattoki molekulalar darajasida oʻrganish imkoni tugʻildi. Yuqorida aytganimizdek, kattaligi nanometrlar bilan oʻlchanganda, moddaning xususiyati uning ichidagi atomlar soniga bogʻliq ekanligi aniqlandi.
Ana shunga XIX asrda birinchi boʻlib ulugʻ ingiliz olimi Maykl Faradey oʻz diqqatini qaratdi. U juda kichik oltin zarrachalaridan tashkil topgan kolloid suspenziyasini ola bildi. Lekin negadir oddiy tilla sariq koʻrinsa ham, suspenziya binafsha rangda edi. Demak, oltinning qaytarish xossalari uning kattaligi kamayganda oʻzgarar ekan.
Nanozarrachalarni sintez qilish boʻyicha bajarilgan tajribalar nanokimyoga boʻlgan qiziqishni ancha kuchaytirib yubordi. Bunday zarrachalarning yangi xossalari ochildi: ularda kimyoviy faollik kuchaygan boʻlib, ular bilan yuz beradigan reaksiyalar tezlashib ketar ekan. Nanozarrachalarning bunday xossasi yangi effektiv katalizatorlarni yaratishga olib keldi.
Oʻlchamlari 10 nm dan katta boʻlmagan ayrim zarrachalarning (biz bunday zarrachalarni klasterlar deb atadik) kimyoviy faolligi (aktivligi) katta boʻladi va ular boshqa jismlar bilan deyarli hech qanday energiya sarflamasdan reaksiyaga kirishaoladi. Kerakli ortiqcha energiyani zarrachaga uning yuzasi beradi. Biz yuqorida aytgan edik, tashqi yuzadagi atomlar soni, birinchidan, hajmdagiga qaraganda koʻp boʻladi, ikkinchidan bu atomlarning kimyoviy bogʻlarining bir qismi kompensatsiya qilinmagan boʻladi.

1 2
Rasmdagi 1 – zarrachada (nanozarrachada) atomlarning asosiy qismi uning yuzasida joylashgan, 2 – zarrachada (katta zarrchada) hajmdagi atomlar soni yuzasidagiga qaraganda ancha katta. Shu sababli yuza atomlarida ortiqcha energiya boʻladi, shu energiya yuza tarangligiga va kapillyar effektga olib keladi. Tadqiqotlar koʻrsatadi-ki, ortiqcha energiya zarrachalarning suyuqlanish temperaturasiga, eruvchanligiga, elektroʻtkazuvchanligiga, oksidlanish darajasiga va boshqa xossalariga sezilarli darajada taʻsir koʻrsatadi. Nanosistemalarning xossalari xuddi shunday moddaning makroskopik miqdorlari xossalaridan shu qadar keskin farq qiladiki, natijada ularni mustaqil fan – nanokimyo nomli fan oʻrganadi. Umuman olganda, klassik fan nuqtai nazaridan, nanokimyo fanini nanosistemalarning fizikaviy kimyosi desa ham boʻladi. Aytish kerakki, XX asrning birinchi yarmida nanokimyoning rivojlanishiga kolloidlarni oʻrganadigan mutaxassislar eng katta hissa qoʻshgan boʻlsa, ikkinchi yarmida bu fanning yanada katta surʻatlar bilan rivojlanishiga polimerlar, oqsillar, nanotizim va nanotrubkalar bilan ishlaydigan mutaxassislar sabab boʻldilar.
Oʻziga xos kvantaviy qonunlar asosida yashaydigan nanodunyoning ochilishi 15 – 20 yil avval roʻy bergan boʻlsa-da, bunday dunyoning mumkinligini XX asrning oʻrtalarida bashorat qilgan olimlar boʻlgan. Ularning birinchisi Nobel mukofoti atacal, taniqli fizik –olim Richard Feynman oʻzining 1959- yilda oʻqigan mashhur msʻruzasida shunday degan ekan: “Pastda joy juda ham koʻp: fizikaning yangi sohasiga qadam tashlashga taklif” («Thereʻs plenty of room at the bottom: an invitation to enter a new field of physics»). Keyinchalik shu maʻruzaning oʻqilgan yilini koʻpchilik tomonidan ilmiy maqolalarda nanotexnologiyaning tugʻilgan yili deb qabul qilish taklif etildi.
1986-yilda Massachusets texnologiya institutining ilmiy xodimi E. Dreksler oʻzining “Yaratuvchi mashinalar: nanotexnologiya asrining kirib kelishi” deb atalgan mashhur kitobini chop etdi. U oʻz kitobida R.Feynmanning baʻzibir gʻoyalarini rivojlantirdi. 90 – yillarning oʻrtalariga kelib nanotexnologiyaning har xil yoʻnalishlari kengayib, oʻzaro qoʻshilishlar kuzatila boshladi, natijada dunyo fan va texnikada yuz berayotgan yangi revolyutsiya boʻsagʻasiga kelib qolgani maʻlum boʻldi, bu revolyutsiya insoniyatning ishlab chiqarish prinsplarini oʻzgartirib yuborishi mumkinligi koʻrinib qoldi.
Nanosistemalar va ultradispers sistemalar geometrik parametrlari boʻyicha amaliy jihatdan bir-biriga ekvivalent, chunki ularning oʻlchamlari 1-100 nm oraligʻida yotadi.