Нанотехнологии займутся охраной порядка
Сегодня даже от фундаментальной науки требуют реальной, ощутимой прибыли, а уж прикладная наука и вовсе должна «работать на деньги». И надо сказать, что перспективные научные открытия действительно открывают перед людьми оригинальные возможности. Например, уникальные квантовые точки могут быть использованы на службе и в полиции, и в армии.
Квантовая точка — это фрагмент проводника или полупроводника, причем размер такого фрагмента должен быть очень мал, чтобы квантовые эффекты на уровне электрона стали бы заметны. Впервые они были синтезированы в начале 1980-х годов российским ученым Алексеем Екимовым в стеклянной матрице и Луи Е. Брусом в коллоидных растворах. Сам термин «квантовая точка» предложен Марком Ридом. Проще говоря, квантовая точка — это полупроводник, электрические характеристики которого зависят от его размера и формы.
Чем меньше размер кристалла, тем больше расстояние между энергетическими уровнями. Например, при переходе электрона на энергетический уровень ниже, испускается фотон; так как мы можем регулировать размер квантовой точки, то мы можем изменять энергию испускаемого фотона, а значит, мы можем изменять цвет испускаемого квантовой точкой света. Основное преимущество квантовой точки заключается в возможности высокоточного контроля над её размером. При этом квантовые точки разных размеров могут быть собраны в многослойные нанопленки.
То есть получается, что квантовой точкой может служить любой достаточно маленький кусочек металла или полупроводника. Исторически первыми квантовыми точками были микрокристаллы селенида кадмия CdSe. И вот наблюдение люминесценции кристаллов селенида кадмия с частотой люминесценции, определяемой размером кристалла, и послужило первым наблюдением квантовых точек. Ну, а коллоидные квантовые точки являются хорошей заменой традиционных люминофоров, как органических, так и неорганических. Они превосходят их по стабильности, яркости свечения, а также имеют некоторые другие уникальные свойства.
Возможное применение квантовых точек сегодня — это полевые транзисторы, фотоэлементы, и даже лазеры на квантовых точках. Исследуются также возможности их применения в качестве биомаркеров для визуализации в медицине. Впрочем, ещё недавно о широком применении квантовых точек и речи не шло, но в последние годы ряд компаний выпустил на рынок продукцию с использованием данных наночастиц. Среди анонсированных продуктов есть как экспериментальные образцы, так и массовые изделия. Например, компанией LG созданы первые прототипы дисплеев на основе квантовых точек.
Выпущена и светодиодная лампа с использованием квантовых точек, а одна российская компания готовит к производству целую линейку продукции на квантовых точках, которая предназначена для применения в области оптоэлектроники, безопасности и сельского хозяйства. Главное, что привлекает потенциальных заказчиков — оптические свойства нанокристаллов-квантовых точек, позволяющие использовать их в самых неожиданных исследованиях, в которых требуется удобная, перестраиваемая люминесценция, что важно, например, при проведении изысканий в области биологии.
Существует два главных метода создания квантовых точек: синтез в коллоиде, при котором вещества смешиваются в растворе, и эпитаксия — метод выращивания кристаллов на поверхности подложки. Для практического использования наиболее важен второй способ, так как при помощи коллоидного синтеза можно получать нанокристаллы, которые растворимы в органических растворителях. Квантовые точки, связанные с подложкой, могут использоваться в перспективных образцах наноэлектронной техники. Но особый интерес представляют квантовые точки, получаемые методом коллоидного синтеза на основе халькогенидов кадмия, которые в зависимости от своего размера флуоресцируют разными цветами. Интерес заключается в том, что они поглощают энергию в широком диапазоне спектра, а испускают её в узком спектре световых волн.
Зачем такие вещи нужны военным — понятно. По сути дела перед нами готовый маркер для боеприпасов, которые на тех же авианосцах смогут доставлять на палубу роботы. Метки, наносимые малыми дронами, позволят также отслеживать с воздуха машины террористов и задерживать их даже без превентивных ударов, когда телеуправляемый аппарат сочетает в себе функции судьи, прокурора и палача одновременно и, что иной раз случается, приводит к гибели мирных жителей. Дроны смогут также метить и военную технику противника, после чего по ней с высокой степенью точности могут быть выпущены боеприпасы с головными частями, ориентирующимися на видимое только им излучение!
На сегодня Пентагону уже предлагается нано-порошок, который при подсветке УФ-лазером (незаметным для технологически отсталых противников США) испускает инфракрасное излучение, фиксируемое камерами других дронов на двухкилометровом расстоянии. Технология этой «краски» опять-таки основана на применении в ней квантовых точек — нанокристаллов полупроводника шириной в 50 атомов каждый. Благодаря таким размерам точки могут излучать только в строго определённом диапазоне, что исключает демаскировку нанесенной окраски в видимой части спектра.
Аэрозоль, которым наносятся квантовые точки, прилипает к металлу, одежде и стеклу. Нанесением краски может заниматься небольшой аппарат типа RQ-11 Raven («Ворон») с размахом крыльев менее 1,5 м, работающий практически бесшумно, поскольку двигатель у него электрический. Запускать такой аппарат можно прямо с рук, то есть он исключительно удобен в боевых условиях. Правда, пока струя краски может достать до машины-мишени всего с расстояния 45 м и не более, в то время как безопасная дистанция действия самого дрона равна 60 метрам, когда его не слышно даже в стоящей машине с неработающим двигателем.
Разработка привлекла внимание и традиционных борцов за права человека. Министерство внутренней безопасности США заинтересовалось приобретением таких средств для маркировки своих граждан, участвующих в антиправительственных беспорядках, с целью последующего их выявления и ареста. Впрочем, цена этой краски довольно велика. Поэтому полицейские подразделения американских штатов Айова и Флорида решили обдумать возможность сочетать эффективность и дешевизну, используя не столь экзотические на сегодня нано-краски, а нечто более распространенное и дешевое, например, использование для этих же целей портативных GPS-навигаторов.
Технологически здесь все похоже, вот только вместо дрона используется модифицированный пневматический пистолет. Заряжен он не привычными патронами, и не специальной нано-краской, а липкими GPS-пулями. Таким образом, вместо того, чтобы гоняться за нарушителями правил дорожного движения и рисковать собственной жизнью и здоровьем, полицейским достаточно будет сделать один меткий выстрел. Пуля не причинит вреда автомобилю, а просто приклеит к нему GPS-метку. Далее необходимо будет только отследить через навигационные спутники траекторию движения нарушителя и его скорость, чтобы собрать доказательную базу и предъявить затем обвинение.
Правда, пока цены на краску с квантовыми точками и применение данной технологии сопоставимы. Только сама система GPS-контроля стоит около 5000 долларов, а одна пуля — целых 500, поэтому цена промаха может оказаться слишком уж велика. Хотя с другой стороны вся эта финансовая нагрузка, как обычно, ляжет на плечи рядовых налогоплательщиков, так что ни армию, ни полицию новые расходы, по-видимому, совсем не волнуют.
Вячеслав Шпаковский, pravda.ru
© Ноосфера
