Наноструктуры — объекты с характеристиками нанометрового масштаба — не новы, и они не были впервые созданы человеком.
В природе существует множество примеров наноструктур, возникающих в процессе эволюции растений и животных. Аналогично существует множество природных наноразмерных материалов, таких как катализаторы, пористые материалы, некоторые минералы, частицы сажи и т.д., которые обладают уникальными свойствами, особенно благодаря наноразмерным особенностям. Нанонаука и нанотехнологии в жизнедеятельности людей также развиваются.
Если мы присмотримся повнимательнее, то сможем заметить, что многие растения и животные вокруг нас развили особые свойства, которые находятся на наноуровне.
Давайте рассмотрим некоторые из них и способы, которыми природа наделила наноструктуры.
Примеры наноструктур в природе
Глаз мотылька имеет очень маленькие бугорки на своей поверхности. Они имеют шестиугольную форму и находятся на расстоянии нескольких сотен нанометров друг от друга. Поскольку эти узоры меньше длины волны видимого света (350-800 нм), поверхность глаза имеет очень низкий коэффициент отражения видимого света, поэтому глаз мотылька может поглощать больше света. Мотылек может видеть намного лучше, чем человек, в тусклых или темных условиях, потому что эти наноструктуры очень эффективно поглощают свет. В лаборатории ученые использовали аналогичные искусственные наноструктуры для усиления света и подавления инфракрасного излучения (тепла) в источнике питания определенного типа (термоэлектрическом элементе) для повышения их эффективности!
На поверхности крыльев бабочки расположены многослойные наноразмерные узоры. Эти структуры фильтруют свет и отражают в основном одну длину волны, поэтому мы видим один яркий цвет.
Например, крылья самца Морфо Ретенор кажутся ярко-синими. Но материал крыла на самом деле не голубой; он просто кажется синим из-за особых наноструктур на поверхности. Наноструктуры на крыльях бабочки примерно того же размера, что и длина волны видимого света, и из-за множества слоев в этих структурах создаются оптические помехи. Существуют конструктивные помехи для данной длины волны (около 450 нм для морфометра) и деструктивные помехи для других длин волн, поэтому мы видим очень яркий синий цвет. В лаборатории многие научные приборы используют это же явление для анализа цвета света.
Эдельвейс (Leontopodium nivale) — альпийский цветок, который растет на больших высотах, до 3000 м, где сильно ультрафиолетовое излучение. Цветы покрыты тонкими полыми нитями, имеющие на периферии наноразмерные структуры (100-200 нм).
Они будут поглощать ультрафиолетовый свет, длина волны которого примерно такая же, как у нитей, но отражают весь видимый свет. Этим объясняется белый цвет цветка.
Поскольку слой нитей поглощает ультрафиолетовый свет, он также защищает клетки цветка от возможного повреждения из-за этого высокоэнергетического излучения.
Удивительные существа с наноразмерными особенностями. Например, поверхность некоторых животных может концентрировать свет, а пористые мезокристаллические структуры улучшают прочность во много раз. Кроме того, некоторые даже бактерии могут чувствовать магнитные поля.
