Нанотехнологии в нашей стране связаны почему-то с именем Анатолия Чубайса. Может, причина в том, что именно он многие годы курировал это направление. Не так давно он покинул этот новомодный проект. Возможно, из-за того, что отрасли не удалось добиться решения поставленных перед ней задач?
Понятие «нанотехнологии» появилось в 1974 году. Ввел его японский ученый Норио Танигучи. В общем смысле нанотехнологии включают создание и использование материалов, устройств и технических систем, функционирование которых определяет наноструктура, то есть ее упорядоченные фрагменты размером от 1 до 100 НМ. Важнейшей составной частью нанотехнологий являются наноматериалы – материалы, функциональные свойства которых определяет упорядоченная структура их нанофрагментов размерами также от 1 до 100 НМ.
Согласно рекомендациям седьмой международной конференции по нанотехнологиям выделяют следующие типы наноматериалов: нанопористые структуры, наночастицы, нанотрубки и нановолокна, нанодисперсии, наноструктурные поверхности и пленки, нанокристаллы и нанокластеры. Последние представляют собой частицы упорядоченного строения размером от 1 до 5 НМ, содержащие до 1 000 атомов. Иначе говоря, мы попадаем в микромир, который сулит нам невиданный прогресс во всем.
Вспомните, первые ламповые вычислительные машины занимали не один этаж. С внедрением полупроводников сейчас созданы мобильные телефоны, и некоторые их модели мало чем отличаются от «полноразмерного» компьютера.
Нанонаука и нанотехнологии – это совершенно новое направление, рожденное на стыке химии и физики. Не случайно нобелевский лауреат Роалд Хоффманн остроумно заметил, что для химиков и химии придумали новое название. Теперь у них появился стимул изучать то, что они не хотели изучать в школе. По сути, химики занимались изучением нанотехнологий около двух с половиной столетий. Современная нанотехнология отличается тем, что она соединила талант химика-синтетика с мастерством инженера. И именно этот союз позволяет создавать самые замысловатые структуры.
Остановить спад
В России над нанотехнологиями работала и работает целая плеяда ученых. Многие фундаментальные исследования, без которых немыслимо развитие современных нанотехнологий, на протяжении десятилетий проводили научные школы академиков Валентина Каргина, Петра Ребиндера, Бориса Дерягина, нобелевского лауреата Жореса Алферова. Нельзя не упомянуть пионерские работы Валентина Алесковского о развитии методов химической сборки. Ряд наших отечественных ученых внесли немалый вклад в получение ультадисперсных (нано) порошков.
К сожалению, с 1991 года в сфере нанотехнологий России произошел спад. Наверное, нет смысла объяснять его причину. За период новейшей истории РФ вперед существенно вырвались ученые США, Японии, некоторых европейских стран.
Выросла активность и частного капитала. Ныне число компаний, занимающихся производством нанопродуктов, превысила три сотни. Более 160 из них специализируются на производстве нанопорошков, более 55 – нанотрубок. Дело это очень выгодное. По некоторым источникам, рынок нанотехнологий превышает один триллион долларов.
Несмотря на потерю почти в десять лет, наше государство нашло силы и возможности развивать нанотехнологии. С 2006 года начала работать целевая федеральная программа по развитию нанотехнологий. С той поры это направление прикладной науки стало оживать.
Понятно, что резкого скачка не произойдет. Во-первых, нанотехнологии – это весьма затратное направление. Для создания наноматериалов требуются не только научные фундаментальные разработки, но и современнейшее оборудование. Во-вторых, одно дело доводить до ума какой-либо станок или прибор, другое – создавать материал, которого нет в природе. Приходится идти методом проб и ошибок.
К сожалению, пока у нас в стране наблюдается тенденция к вложению средств в такие производства, где сверхприбыль можно получить «здесь и сразу».
С чем едят нанотехнологию?
Каждый из нас в детстве что-то складывал из кубиков. Ныне мы подошли к этапу, когда фактически можем заниматься атомно-молекулярным строительством, причем не только неорганических, но и органических материалов. Например, создавать биослои – модели мембраны человеческих клеток и изучать их взаимодействие со свободными радикалами, приводящими к старению. Или исследовать взаимодействие мембраны с лекарствами и создавать нанолекарства. Кстати, наномембраны уже широко используют в промышленности и быту для очистки воздуха и воды, а в медицине – для выделения вирусов и гемодиализа.
Можно создавать нанопленки и структуры с разными свойствами – полупроводники, изоляторы, электропроводящие слои и т.п. В ряде производств нашли широкое применение углеродные нанотрубки – сверхлегкие и сверхпрочные.
Все мы знаем о приборах ночного видения, но мало кто представляет, что они изготовлены с помощью монокристалла, выращенного по нанотехнологиям. Процесс этот длительный и финансово затратный. Оказывается, в природе есть свой «ночной детектор». К примеру, у змей. В принципе изготовить подобный «датчик» уже возможно.
Сейчас во многих странах идет работа над созданием искусственного человеческого глаза. Наш орган зрения – сложный оптически-биологический «прибор». Результаты работы ученых, занимающихся разработкой искусственного глаза, весьма обнадеживают. И понятно, что создание не обойдется без применения наноматериалов.
В последние годы продолжаются работы по разным направлениям, связанным с нанотехнологиями и производством наноматериалов. Прежде всего, внимание уделяется науке и технологии наноматериалов, наноструктур и микросистем. По сути – это междисциплинарная область исследования и разработок, революционизирующая пути производства материалов и функциональных приборов.
Интересные работы ведут по созданию и применению «фотонных кристаллов», поведение света в которых сравнимо с поведением электронов в полупроводниках. Большие перспективы обещают разупорядоченные нанокристаллические среды для лазерной генерации и получения лазерных дисплеев с более высокой яркостью, на два-три порядка выше, чем на нынешних светодиодах.
Широкое применение в машиностроении, в альтернативной и водородной энергетике могут найти квазикристалические наноматериалы, обладающие уникальным сочетанием повышенной прочности, низкого коэффициента трения и термостабильности.
Конструкционные наноструктурные твердые и прочные сплавы для режущих инструментов с повышенной износостойкостью и ударной вязкостью, наноструктурные защитные термо- и коррозионностойкие покрытия также будут иметь большую восстребованость в разных производствах.
Интерес представляют полимерные композиты с наполнителями из наночастиц и нанотрубок, обладающие повышенной прочностью и низкой воспламеняемостью. В медицине, несомненно, будут востребованы органические наноматериалы, обладающие многими свойствами, недоступными для неорганических веществ.
Ныне много говорят о чипировании людей. Получит ли население биочипы и согласится ли на это – вопрос проблематичный. Между тем наноразмерные частицы и порошки с повышенной поверхностной энергией, в том числе для биочипов, разрабатывают в лабораториях нескольких стран.
Что будет нелишним, так это разработка полимерных нанокомпозитных и пленочных материалов для нелинейных оптических и магнитных систем, газовых сенсоров, биосенсоров, многослойных композитных мембран.
Мы живем ныне в быстро изменяющемся мире. По историческим меркам еще совсем недавно те же мобильные телефоны казались фантастикой. Сейчас разными гаджетами пользуются все, от мала до велика. Можно с уверенностью сказать, что технический прогресс вновь проявит себя, и связывать это надо с нанотехнологиями.
В самом деле, в том же машиностроении за счет всяких там нанопокрытий увеличится ресурс металлообрабатывающих станков. Большие перемены ждут автомобилестроение, в том числе и выпуск двигателей. Уже сейчас предполагают, что за счет применения наноматериалов ресурс автомобильного двигателя можно увеличить почти в четыре раза. При этом чуть не втрое могут снизиться эксплуатационные затраты, заметно уменьшатся шум и вредные выхлопы.
В экологии перспективным направлением может оказаться использование фильтров и мембран на основе наноматериалов. Помогут нанотехнологии и с созданием новых методов и способов утилизации переработки отходов.
Таким образом, научно-техническая революция нашего времени связана с возникновением и развитием нанотехнологий. Внедрение их в жизнь повлечет улучшение качества нашей жизни, увеличение общей продолжительности жизни, более быстрое и качественное освоение природных ресурсов, стимулирует еще большее развитие экологии и цивилизации в целом.
Впечатляющие цифры
Однако вернемся к тому, с чего начали. АО «Роснано» создали в марте 2011 года и председателем его правления назначили Анатолия Чубайса. Чего достигла компания за десятилетие своего существования?
Судя по презентации, за это время построено и модернизировано 97 высокотехнологичных предприятий, на которых трудятся более 39 тысяч человек. Первоначально государство вложило в «Роснано» 132 миллиарда рублей, и после этого новое акционерное общество денег не получало, то есть перешло на самоокупаемость. В 2018 году «Роснано» получило 5,6 миллиарда рублей чистой прибыли. На один рубль привлекают три рубля инвестиций.
За время работы компания выпустила продукции на сумму более 1,7 триллиона рублей. При этом порядка 17% произведенной продукции импортируют за рубеж. Растет спрос на научно-технические разработки и внутри нашей страны.
Как видим, цифры впечатляющие. Они вселяют надежду, что Россия вернет утраченные позиции в сфере нанотехнологий. Не стоит забывать, что наши ученые на полвека опережали другие страны в этой отрасли науки. Вместе с тем нельзя умолчать, что не все эксперты доверяют цифрам, изложенным в презентации.
Неспециалисту трудно разобраться в специфике работы такой сложной отрасли как нанотехнологии. Да и нужно ли это рядовому гражданину? Главное, чтобы прогресс не обошел стороной нашу державу и она достойно выглядела на фоне ведущих стран.
Сергей НИКОЛАЕВ
