Владислав Фельдблюм



Pdf просмотр
страница1/16
Дата16.02.2017
Размер6.38 Mb.
Просмотров1638
Скачиваний1
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16

0


Владислав Фельдблюм


«Нано» на стыке наук:
нанообъекты, нанотехнологии, нанобудущее

(Электронное междисциплинарное издание)




Ярославль - 2013







1
Аннотация
В издании анализируются и обобщаются опубликованные данные о состоянии и перспективах развития нанонауки и нанотехнологии. Приведены сведения о наночастицах, способах их получения и исследования, сферах применения.
Рассмотрены различные направления использования нанотехнологии. Описано применение нанотехнологий в производстве новых материалов с уникальными свойствами, в биологии и медицине, в новых источниках электрического тока, в охране окружающей среды, для наноразмерных приборов и устройств, в наноэлектронике и молекулярных компьютерах, в машиностроении, на транспорте будущего, в строительстве и архитектуре, в лакокрасочной промышленности, в химических аккумуляторах солнечной энергии, в средствах связи и информации, в военной технике и др. Проанализировано влияние нанотехнологий на будущее цивилизации. Отмечены основные черты будущего нанообщества как продукта интеллектуальной и технологической революции.
Подчеркивается возрастающая опасность глобальных наноугроз и важность глобальной ответственности для их преодоления. Рассмотрены перспективы
России в развивающемся наномире.
В издании выдержана единая концепция всестороннего, комплексного подхода к изучению многообразной проблемы «нано». Показано, что эта проблема является междисциплинарной по своей сущности и стремительно развивается на стыке наук и благодаря взаимодействию наук – естественных, технических и гуманитарных. На многочисленных примерах убедительно показано, что развитие и практическая реализация нанотехнологий не только окажет огромное преобразующее влияние на жизнь общества, но и породит новые сложные проблемы, которые потребуют неотложного решения общими силами человечества.
Издание может рассматриваться и как учебное пособие, и как научное издание, и как своего рода путеводитель по наиболее перспективным направлениям научного и технологического прогресса. Будучи электронным, издание использует широкие возможности интернета: здесь есть и текстовой материал, и многочисленные цветные иллюстрации, и видеофайлы, и гиперссылки. Это призвано пробудить живой интерес читателей к грандиозным достижениям науки и техники, способствовать повышению качества образования.
Издание рассчитано в первую очередь на преподавателей, аспирантов и студентов технических университетов. Оно будет полезно и научным работникам при выборе и планировании наиболее перспективных направлений исследований и разработок. Оно наверняка заинтересует всех, кто хотел бы приобщиться к познанию грандиозных достижений науки и техники.


2

Оглавление


Стр.
Введение ……………………………………………………………………….4
1.
Наночастицы
……………………………………………
16


1.1. Нанонауки: возникновение, развитие, взаимодействие………………..17 1.2. Нанохимия и супрамолекулярная химия………………………………..26

1.3. Виды наночастиц………………………………………………………….29 1.4. Способы получения наночастиц…………………………………………55 1.5. Методы исследования наночастиц………………………………………66 1.6. Нанохимия и катализ……………………………………………………..73 1.7. Органические соединения с функциональными группами в нанохимии……………………………………………………………………. 79 1.8. Металлы в ультрадисперсном состоянии и нанообъекты на их основе……………………………………………………………………81
Литература к разделу 1……………………………………………………90

2. Нанотехнологии………………………………………………
92


2.1. Новые материалы………………………………………………………….101 2.2. Биология и медицина……………………………………………………...117 2.3. Новые источники электрического тока…………………………………..129 2.4. Охрана окружающей среды……………………………………………….133 2.5. Наноразмерные приборы и устройства………………………………… 139 2.6. Наноэлектроника и молекулярные компьютеры………………………...148

3 2.7. Нанотехнологии в машиностроении……………………………………..156 2.8. Транспорт будущего………………………………………………………172 2.9. Нанотехнологии в строительстве и архитектуре………………………..176 2.10. Нанотехнологии в лакокрасочной промышленности………………….180 2.11. Химические аккумуляторы солнечной энергии………………………..184 2.12. Средства связи и информации…………………………………………...187 2.13.Нанонаука против нанообмана…………………………………………..191
Литература к разделу 2……………………………………………………193
3. Нанобудущее……………………………………………………..
194 3.1. Нанообщество – продукт интеллектуальной и технологической революции………………………………………………………………………202 3.2. Нанотехнологии в военной технике. Глобальные угрозы и общая ответственность………………………………………………………..223 3.3. Россия в развивающемся наномире………………………………………250
Литература к разделу 3…………………………………………………….262
Перечень использованных сайтов…………………………………………263
Предметный указатель










4








Введение

Последние 15-20 лет ознаменовались бурным развитием новых направлений в науке и технике — нанохимией и нанотехнологией.
Предметом изучения и применения здесь стали наноразмерные объекты
(нанометр нм равен 10
-9 метра): атомы, молекулы и их ассоциаты, наночастицы, наноматериалы, наноприборы и наноустройства. Возникают новые научные отрасли, такие, как супрамолекулярная химия, нанобиология, наномедицина, наноэлектроника и т. д. Лидирующее положение в них пока принадлежит США, Англии, Германии, Японии. Но к этим новым направлениям уже подключились отечественные научные школы и заинтересованные предприятия. Создана отечественная корпорация
РОСНАНО для финансирования, планирования и координации исследований и разработок в этой перспективной области.
Важно отметить, что рассматриваемые новые направления являются междисциплинарными, т.е. находятся на стыке наук. Это объясняется, во- первых, тем, что получение и исследование столь малых объектов возможно лишь при объединении достижений и методов различных научных дисциплин. Во-вторых, результаты и достижения нанохимии и нанотехнологии являются по сути междисциплинарными. Они используются во многих науках и сферах деятельности людей: в химии, физике, механике, медицине, материаловедении, машиностроении, электронике, оптике и т.д.
Успехи нанотехнологии еще раз показывают, какие выдающиеся открытия и технические новшества рождаются на стыке наук.
К настоящему времени опубликованы десятки книг, тысячи патентов и научных статей по различным аспектам проблемы «нано». Ниже показаны некоторые книги. При всем многообразии освещения этой интересной и важной проблемы, её междисциплинарный характер отражен недостаточно.
Предлагаемая ныне читателям электронная книга имеет целью отчасти восполнить этот пробел и осветить проблему «нано» с разных сторон – естественнонаучной, технической и гуманитарной.


5







6









7










8




















9











10












11












12





















13


Нанотехнологии - ключевое понятие начала XXI века, символ новой, третьей, научно-технической революции. Это "самые высокие" технологии, на развитие которых ведущие экономические державы тратят сегодня миллиарды долларов. По прогнозам ученых нанотехнологии в XXI веке произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую в ХХ веке произвели компьютеры в манипулировании информацией. Их развитие открывает большие перспективы при разработке новых материалов, совершенствовании связи, развитии биотехнологии, микроэлектроники, энергетики, здравоохранения и вооружения. Среди наиболее вероятных научных прорывов эксперты называют значительное увеличение производительности компьютеров, восстановление человеческих органов с использованием вновь воссозданной ткани, получение новых материалов, созданных напрямую из заданных атомов и молекул, а также новые открытия в химии и физике.
Нанотехнологии уже так или иначе затрагивают нашу жизнь.
Нанопродукты можно обнаружить в автомобилях и в краске на стенах домов.
По прогнозам к 2010 году мировой рынок нанопродуктов и услуг вырастет до
1 трлн. долларов. Нанотехнологии качественно отличаются от традиционных дисциплин, поскольку на таких масштабах привычные, макроскопические, технологии обращения с материей часто неприменимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул, квантовые эффекты.
В некоторых книгах можно встретить следующее определение: нанотехнология - это совокупность методов производства продуктов с заданной атомарной структурой путем манипулирования атомами и молекулами. В связи с данным определением возникает естественный вопрос: каким же образом можно манипулировать веществом на уровне атомов и молекул? Попробуем разобраться в этом, а так же раскрыть суть нанонауки, рассмотреть историю ее развития, выделить объекты ее изучения, методы исследования, и, что самое интересное, понять, как человек реализует огромный потенциал нанонауки в повседневной жизни. Нанонаука основана на изучении объектов, которые включают компоненты размерами менее 100 нм хотя бы в одном измерении и в результате получают принципиально новые качества. Эта отрасль знаний относительно молода и насчитывает не более столетия. Первым ученым, использовавшим измерения в нанометрах, принято считать Альберта Эйнштейна, который в 1905 году теоретически доказал, что размер молекулы сахара равен 1 нм.

14
Первые теоретические исследования, положившие начало разработке инструментального обеспечения нанотехнологий, - это труды российского физика Г.А. Гамова. в 20-е годы XX века он впервые произвел решения уравнений Шредингера. Уникальное свойство, характерное для квантовых частиц, заключается в их способности проникать через преграду, даже когда их энергия ниже потенциального барьера, соответствующего данной преграде. Электрон, встретив на своем пути преграду, для прохождения которой требуется больше энергии, чем есть у него, не отразится от нее, а с потерей энергии (как волна) преодолеет эту преграду. Открытое явление, названное "туннельным эффектом" (туннелированием), позволило объяснить многие экспериментально наблюдавшиеся процессы. В 1939 году немецкие физики Э. Руска и М. Кноль создали электронный микроскоп, ставший прообразом нового поколения устройств, которые позволили заглянуть в мир нанообъектов.
Вообще мысль о том, что в будущем человечество сможет создавать объекты, собирая их "атом за атомом", восходит к знаменитой лекции "Там внизу много места" одного из крупнейших физиков XX века, профессора
Калифорнийского технологического института
Ричарда
Фейнмана.
Опубликованные в феврале 1960 года материалы лекции были восприняты большинством современников как фантастика или шутка. Сам же Фейнман говорил, что в будущем, научившись манипулировать отдельными атомами, человечество сможет синтезировать все что угодно, т.е. использовать атомы как обыкновенный строительный материал.
В 1964 году, спустя шесть лет после изобретения интегральной схемы, Г.
Мур, один из основателей американской корпорации Intel, выдвинул предположение о том, что число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые два года. Это наблюдение получило название первого закона Мура. Показав зависимость роста производительности запоминающих микросхем от сроков их изготовления, он обнаружил закономерность: новые модели микросхем каждый раз появлялись через приблизительно равные промежутки времени (18-24 месяца). При этом их емкость возрастала каждый раз примерно вдвое.
В 1968 году сотрудники американского отделения исследования полупроводников Дж. Артур и А. Чо разработали теоретические основы нанообработки поверхностей. В 1973 году советские ученые Д.А. Бочвар и
Е.Г. Гальперн сделали первые теоретические квантово-химические расчеты наномолекулы фуллерена и доказали ее стабильность. Мировая наука вплотную подошла к началу решения прикладных задач в области нанотехнологий.
Современный вид идеи нанотехнологии начали приобретать в 80-е годы
XX века в результате исследований Э. Дрекслера, работавшего в лаборатории

15 искусственного интеллекта Массачусетского технологического института.
Дрекслер выдвинул концепцию универсальных молекулярных роботов, работающих по заданной программе и собирающих любые объекты (в том числе и себе подобные) из подручных молекул. Все это также сначала воспринималось как научная фантастика. Ученый уже тогда довольно точно предсказал немало грядущих достижений нанотехнологии, которые с 1989 года сбываются, причем часто со значительным опережением даже его прогнозов.
Многие ученые в мире в той или иной степени работали с объектами наноуровня, но термин "нанотехнология" впервые (в 1974 году) предложил японский физик Н. Танигучи из Токийского университета. Нанотехнология, по Н. Танигучи, - это технология объектов, размеры которых составляют порядка 10-9 м, включающая процесс разделения, сборки и изменения материалов путем воздействия на них одним атомом или одной молекулой.
Накопленные знания в области нанотехнологий позволили по-новому взглянуть на ряд уникальных природных явлений. Так, в 1975 году немецкие ботаники В. Бартлотт и К. Найнуйс обнаружили и запатентовали явление самоочистки поверхностей некоторых растений, а также тот факт, что этот феномен протекает в наноструктурированных поверхностных областях.
Исследования по совершенствованию инструментального обеспечения нанотехнологий вышли на новый уровень. Весной 1981 года немецкие физики К. Бинниг и Э. Руска, а также швейцарец Г. Рорер из Цюрихской лаборатории компании IBM испытали туннельный микроскоп. Сканирующий туннельный микроскоп позволил построить трехмерную картину расположения атомов на поверхностях проводящих материалов. С помощью такого микроскопа стало возможным "захватить" атом с токопроводящей поверхности и поместить его в нужное место, то есть манипулировать атомами, а следовательно, непосредственно собирать из них любое вещество.
В 1985 году коллектив ученых в составе английского астрофизика, Г.
Крото, американских химиков Р. Керла, Д. Хита и Ш. О'Брайена под руководством Р. Смолли получил новый класс соединений - фуллерены - и исследовал их свойства. В результате взрыва графитовой мишени лазерным пучком и исследования спектров паров графита была обнаружена молекула фуллерена С60. Грани 60-атомного фуллерена - это 20 почти идеальных правильных шестиугольников и 12 пятиугольников. Позднее удалось получить фуллерены из 76, 78, 84, 90 и даже из нескольких сотен атомов углерода. Ученые также впервые сумели измерить объект размером 1 нм. В
1986 году Г. Бинниг разработал сканирующий атомно-силовой микроскоп.
Такой микроскоп, в отличие от туннельного, может взаимодействовать с любыми объектами, а не только с токопроводящими материалами. Своего рода сенсацию в сентябре 1989 года совершили американские исследователи

16
Д. Эйглер и Э. Швейцер из Калифорнийского научного центра компании
IBM. С помощью 35 атомов ксенона на очищенной в сверхвысоком вакууме и охлажденной до 4 К поверхности монокристалла никеля они выложили название своей фирмы.
В 1991 году японский исследователь С. Ииджима из компании NEC открыл углеродные нанотрубки. В 1992 году Э. Дрекслер на научном уровне рассмотрел задачи практического применения молекулярных нанотехнологий в новом научно-практическом направлении, которое следует назвать "практическая нанотехнология". Это дало мощный толчок к началу применения нанотехнологических методов в промышленности. В 1994 году стали появляться первые коммерческие материалы на основе наночастиц - нанопорошки, нанопокрытия, нанохимические препараты и т.д. Началось бурное развитие прикладной нанотехнологии. В 2004 году С. Деккер соединил углеродную трубку с ДНК, впервые получив единый наномеханизм и открыв дорогу развитию бионанотехнологиям.
Стремительное развитие нанотехнологий вызвано еще и потребностями общества в быстрой переработке огромных массивов информации.
Современные кремниевые чипы могут при всевозможных технических ухищрениях уменьшаться ещё примерно до 2012 года. Но при ширине дорожки в 40-50 нм возрастут квантовомеханические помехи, что равнозначно короткому замыканию. Выходом могли бы послужить наночипы, в которых вместо кремния используются различные углеродные соединения размером в несколько нанометров. В настоящее время ведутся самые интенсивные разработки в этом направлении.
Настоящее междисциплинарное электронное издание является одновременно и научно-популярной монографией, и своего рода путеводителем, и методическим пособием. Оно предназначено для учителей и учащихся старших классов школ, преподавателей и студентов высших учебных заведений. Задача книги в том, чтобы привлечь внимание читателей к этой динамично развивающейся области науки и техники, пробудить интерес к ней, дать основы знаний, стимулировать междисциплинарные научные исследования, показать плодотворность взаимодействия различных научных дисциплин для решения актуальных проблем в естественнонаучной и гуманитарной сферах.
В работе над этим изданием большую помощь оказали моя жена Татьяна
Викторовна Коновалова, инженер, кандидат технических наук, и мой сын
Евгений Владиславович Коновалов, доцент Ярославского государственного университета, кандидат физико-математических наук. Выражаю им сердечную признательность и благодарность.


17
1. Наночастицы

1.1. Нанонауки: возникновение, развитие, взаимодействие



В узком смысле слова термин «нанонаука» - это наука о наноразмерных объектах. Она изучает создание и модифицирование объектов, которые включают фрагменты размерами менее 100 нм хотя бы в одном измерении и в результате приобретают принципиально новые качества. Эта отрасль знания относительно молода. Но с самого начала стало ясно, что свойства нанообъектов могут быть успешно изучены только совместными усилиями различных наук. Иными словами, нанонаука – это типичное междисциплинарное направление в изучении материального мира. Со временем к названию соответствующих наук стали добавлять «нано». Так возникли нанохимия, нанофизика, нанобиология и т.д. Каждая из них исследует соответствующие особенности нанообъектов, а вместе они позволяют охарактеризовать нанообъект в целом. Это напоминает хорошо известную ситуацию, когда кардиология, офтальмология, ревматология и пр.
- это науки о лечении различных органов человеческого организма, а объединение их усилий даёт нам медицину для лечения всего больного организма.
Практическое применение достижений нанонаук породило разнообразные «нанотехнологии» и «нанопродукты». Так возникли термины типа «наномеханика», «нанометаллургия», «наноэлектроника» и т.д. Среди продуктов этих нанотехнологий – «нанопорошки», «нанокраски»,
«нанокомпьютеры», «нанороботы» и т.п. К сожалению, со временем стала проявляться негативная тенденция к злоупотреблению термином «нано» и даже к имитации реальных понятий нанотехнологии. Но особенно сетовать по этому поводу не приходится: это удел всех отраслей научного знания, когда вместо истинной науки доверчивому обществу время от времени преподносят лженаучные поделки. Время постепенно лечит этот недуг, учит людей отличать зёрна от плевел.
Но на этом обобщение термина «нано» не заканчивается. В настоящее время совершенно ясно (и это мы постараемся показать в настоящей книге), что развитие и применение нанотехнологий неизбежно приведёт к коренным изменениям в жизни каждого человека и всего общества. В сущности, приходится говорить о неминуемом возникновении новых общественных отношений, которые откроют возможность мирного сосуществования и сотрудничества людей и народов в будущую эпоху – «наноэпоху». Так появилось употребление темина «нано» применительно к гуманитарным наукам. Стали говорить о «нанобудущем», «наномире», «нанообществе».
Конечно, здесь термин «нано» употребляется не по прямому назначению.
Слишком педантичный читатель с раздражением спросит: что, собственно,

18 такое - «наномир»? Это что, такой мир, в котором будут жить одни только крохотные нанообъекты? Но такого мира не может быть, скажет он. И будет прав! Речь, конечно, идёт о будущем новом мире, в котором будут жить люди. Но это будут уже другие люди. Это будут люди, вооружённые фантастическими возможностями нанотехнологий. И от общественных отношений между этими людьми будет зависеть судьба этого мира и этих людей. Они станут процветать, если будут использовать свои новые возможности для мирного сосуществования и плодотворного сотрудничества. Но они неминуемо погибнут в пламени самоистребления, если будут использовать свои новые возможности для проявления агрессии и вражды. Именно ввиду важности этих гуманитарных аспектов нанонауки и применяется соответствующая терминология.
Вернёмся к первоначальному точному понятию о нанонауке. Начать, по- видимому, следует с нанофизики. Точнее, с тех её достижений, которые позволили человеку рассмотреть ничтожно малые детали материального мира. Первым, кто использовал измерения физических величин в нанометрах
(нм), был Альберт Эйнштейн. Он в 1905 году теоретически доказал, что размер молекулы сахара равен одному нанометру. Идея создания специальных приборов для изучения наноразмерных объектов принадлежит американскому учёному сербского происхождения Николе Тесла. Он спрогнозировал создание электронного микроскопа. В 1932 году голландский учёный Фриц Цернике создал первый фазово-контрастный микроскоп, за что в 1939 году получил Нобелевскую премию. Это был усовершенствованный оптический микроскоп, который позволял улучшить качество показа мельчайших деталей изображения. В 1939 году немецкие физики Эрнст
Август Руска и Макс Кноль создали электронный микроскоп с разрешающей способностью около 10 нм.
Гениальный прогноз будущего триумфа нанонауки и нанотехнологии сделал в декабре 1959 года профессор Калифорнийского технологического института (США), лауреат Нобелевской премии, Ричард Фейнман. Этот прогноз содержался в его знаменитой лекции «There is plenty of space on the
bottom» («Там, внизу, много места!»). Ниже приведен видеофильм этой лекции. Здесь можно увидеть и услышать «живого» Фейнмана. Ну а те, кто хорошо владеет разговорным английским, имеют возможность прослушать лекцию целиком (продолжительность лекции примерно 1 час 20 минут): http://www.youtube.com/watch?v=4eRCygdW--c

Главная мысль Фейнмана была в том, что в будущем станет возможно не только рассматривать мельчайщие частицы в мощные микроскопы, но и манипулировать ими, собирать новые объекты последовательно «молекула за молекулой» и даже «атом за атомом». Большинство восприняло это

19 утверждение как шутку или в лучшем случае как фантастику далёкого будущего. Тем более, что Фейнман утверждал: атомы можно будет использовать как обыкновенный строительный материал, как кирпичи или детали машин! Но «фантастика» стала явью гораздо раньше, чем думали даже убеждённые оптимисты.
Нанотехнологии начали зарождаться в 80-е годы минувшего столетия.
Одним из основоположников является американский учёный Ким Эрик
Дрекслер. Он работал в лаборатории искусственного интеллекта
Массачусетского технологического института (США). Большую роль сыграла его концепция универсальных молекулярных роботов, способных работать по заранее заданной программе и собирать любые объекты из молекул. Это тоже было воспринято как несбыточная фантастика. Но прогноз Дрекслера оказался довольно точным: в конце 80-х и начале 90-х годов его идеи начали сбываться.






20
Ричард
Филлипс
Фейнман






Ким Эрик Дрекслер





21








В 1981 году в Германии физики Герд Карл Бинниг и Эрик Руска, а также в Швейцарии Гейнрих Рёрер впервые испытали сканирующий туннельный микроскоп. За это они в 1986 году были удостоены Нобелевской премии. Этот прибор позволил построить трёхмерную картину расположения атомов на поверхности материала-проводника. С помощью движущейся иглы микроскопа над поверхностью кристалла оказалось возможным измерить неровности высотой в один атом. Более того, стало возможным «захватить» атом с токопроводящей поверхности и переместить его в нужное место. Это положило начало технике манипулирования атомами для сборки нужных структур. В 1986 году Г.Бинниг из Германии разработал сканирующий атомно-силовой микроскоп (АСМ), позволяющий «рассматривать» любые объекты, над которыми движется игла датчика.
Важным этапом в развитии нанохимии стало открытие фуллерена. Оно было сделано в 1985 году коллективом учёных. В него входили английский астрофизик и химик Гарольд Крото, американские химики Роберт Керл,
Джеймс Хит, Шон О’Брайен и группа в университете Раиса (США) под руководством Ричарда Смолли. Инициатором работы был Крото. Первый способ искусственного получения твёрдого кристаллического фуллерена предложили в 1990 году Вольфганг Кречмер и Давид Хаффман с сотрудниками в Институте Ядерной физики Гейдельберга (Германия). За открытие и исследование фуллерена была присуждена Нобелевская премия в
1996 году.
Примерно в это же время вошёл в употребление термин
«нанотехнология». Это произошло вскоре после опубликования в 1986 году основополагающей книги К.Э.Дрекслера «Engines of Creation: The Coming
Era of Nanotechnology» («Машина созидания: наступающая эра

22 нанотехнологий»). В своей следующей известной книге «Nanosystems:
Molecular Machinery, Manufacturing and Computation» («Наносистемы.
Молекулярные механизмы, производство и программирование»), вышедшей в свет в 1992 году, К. Э. Дрекслер на высоком научном уровне рассмотрел проблемы практического применения нанотехнологий.
Эти и другие исследования дали мощный толчок к началу применения нанотехнологических методов в промышленности. В 1994 году стали появляться первые коммерческие материалы на основе наночастиц — нанопорошки, нанопокрытия, нанохимические препараты и т.д.
Забегая вперёд, отметим в связи с этим сенсационный результат, который сравнительно недавно продемонстрировали учёные Израильского технологического института. Они в 2008 году, в честь 60-летия существования государства Израиль, создали Библию в виде «нанокниги».
Содержание Ветхого Завета было нанесено на кремниевую подложку размером 0,5 мм
2
(меньше булавочной головки). Текст был напечатан с использованием фокусированного ионного пучка, который вытравил с помощью ионов галлия узор на золотой плёнке толщиной 200 нм, покрывавшей кремниевую подложку. Прочитать такую Библию можно только с помощью сканирующего электронного микроскопа. Действительно впечатляющее событие, демонстрирующее интересные возможности нанотехнологии, о которых ещё совсем недавно можно было только мечтать!
Важным этапом развития нанохимии стало и открытие в 1991 году углеродных нанотрубок. Автором открытия является японский учёный
Сумио Иидзима. О фуллеренах и нанотрубках ещё пойдёт речь.


23

Гарольд
Крото





24
Сумио Иидзима


В 1991 году началась разработка первой программы Национального научного фонда США по изучению проблем нанотехнологии.
Аналогичную программу разрабатывали в Японии по поручению правительства. Была намечена серия проектов, направленных на создание наноразмерных приборов и устройств. Самым значительным из них стал проект Angstrom
Technology Project с объемом финансирования 185 млн долларов. Он был рассчитан на 10 лет, и в его реализации участвовали 80 фирм. Была проведена реорганизация четырех министерских лабораторий в исследовательском центре
«Цукуба», а также создан новый междисциплинарный центр по исследованиям в данной области.
Во Франции открылся клуб нанотехнологов, объединявший ученых и промышленников различных отраслей. В Англии начали издаваться первые специализированные журналы «Нанотехнология» и «Нанобиология». В 1997 году в Англии был организован первый в Европе Институт наноструктурных материалов. Во многих институтах мира (США, Германия, Япония, Англия,
Франция,
Италия,
Швейцария,
Израиль и др.) создавались специализированные лаборатории и отделы по нанонаукам и нанотехнологиям.
Развитие исследований в области нанонаук, наноматериалов и нанотехнологий активно поддерживается правительством США. Ещё администрацией Билла Клинтона была предложена национальная программа развития нанотехнологий с целью поддержки долгосрочных исследований и разработок, ведущих к значительным открытиям в области новых наноматериалов, наноэлектроники, медицины и здравоохранения, энергетики, химической промышленности, биотехнологий, сельского хозяйства, информационных технологий и национальной безопасности. С
2001 года в США реализуется федеральная программа под названием
«National Nanotechnology Initiative» ( «Национальная нанотехнологическая инициатива»).
В бюджете США на данное направление было выделено 270 млн долларов, при этом коммерческими компаниями в него вложено во много раз больше средств.
Программа предназначена для координации усилий 23 государственных организаций-участников в области развития нанонауки, наноинженерии и нано-технологии. Данная программа была одобрена Конгрессом США в ноябре 2000 года, причём в том же году реальное финансирование значительно превысило запланированные расходы.

25
С 2003 года в США действует закон «21st Century Nanotechnology
Research
and
Development
Act»
(«Об исследовании и развитии нанотехнологий в XXI веке»).
Закон направлен на закрепление американского лидерства в области экономики и техники путем обеспечения устойчивой долгосрочной поддержки теоретических и прикладных научных исследований.
Согласно этому документу пять государственных организаций получили от государства для проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области нанотехнологий финансирование в размере 3,7 млрд. долларов сроком на четыре года. Среди этих организаций такие стратегически важные ведомства как Национальный научный фонд,
Министерство энергетики, Национальный институт стандартов и технологий,
Национальное аэрокосмическое агентство (NASA), Управление по охране окружающей среды. В эту сумму не вошли инвестиции, вкладываемые
Министерством обороны США, Министерством национальной безопасности и Национальным институтом здравоохранения.
В Европе для планирования и координации нанотехнологических разработок в 2002 году создана некоммерческая «Европейская ассоциация нанобизнеса» (ENA). Её цель – содействие развитию сильной и конкурентоспособной европейской промышленности, базирующейся на применении нанотехнологий. Государственная поддержка нанотехнологий в европейских странах, по данным за 2004 год, составила около 1,3 млрд долларов. Общемировые расходы государственных структур и частных компаний на развитие нанотехнологий достигли в 2003 году 6 млрд. долларов, из которых 2 млрд составляло государственное финансирование. В
2004 году эти расходы выросли до 8,6 и 4,0 млрд долларов соответственно.
При этом рынок нанотехнологий к 2005 году достиг 225 млрд долларов.
В России фундаментальные работы в сфере нанонауки и нанотехнологий проводятся по нескольким программам. Наиболее крупные из них —
«Физика наноструктур» под руководством лауреата Нобелевской премии академика Ж.И.Алферова и «Перспективные технологии и устройства в микро- и наноэлектронике» под руководством академика К.А.Валиева.
В Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе под руководством
Ж.И.Алферова осуществляются разработки наногетероструктур, получившие международное признание. Значительные результаты нанотехнологических исследований достигнуты в
Институте проблем технологии и макроэлектроники РАН под руководством члена-корреспондента РАН В.В.
Аристова, а также в Физическом институте имени П. Н. Лебедева РАН под руководством члена-корреспондента РАН Ю.В.Копаева. Для развития и координации работ в этой области в Российской академии наук создано новое подразделение — Отделение нанотехнологий и информационных технологий. Академиком-секретарем отделения стал член президиума РАН, академик Е.П.Велихов, а его заместителем — академик РАН Ж.И. Алферов.
Постановлением Правительства РФ от 2 августа 2007 г. утверждена

26
Федеральная целевая программа «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в
Российской Федерации на 2008—2010 годы». Цель данной программы — создание в
России современной инфраструктуры национальной нанотехнологической сети для развития и реализации потенциала отечественной наноиндустрии.
Для содействия реализации государственной политики в сфере нанотехнологии, развития инновационной инфраструктуры в сфере нанотехнологий, реализации проектов создания перспективных нанотехнологий и наноиндустрии, в соответствии с Федеральным законом от
19 июля 2007 г. № 139-ФЗ создана Государственная корпорация «Российская корпорация нанотехнологий» (ГК «Роснанотех» или «РОСНАНО»). В ее уставный капитал государством направлены огромные для российской науки средства - 130 млрд рублей, а еще 50 млрд поручено привлечь на открытых конкурсах.
Корпорация является некоммерческой организацией.
В настоящее время её руководителем является Анатолий Борисович Чубайс.
О деятельности «РОСНАНО» и её проектах будет идти речь в следующей главе.




Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал