научная статья по теме НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ В ИССЛЕДОВАНИИ ВЕЩЕСТВА. ОБСУЖДЕНИЕ НАУЧНОГО СООБЩЕНИЯ Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук

Текст научной статьи на тему «НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ В ИССЛЕДОВАНИИ ВЕЩЕСТВА. ОБСУЖДЕНИЕ НАУЧНОГО СООБЩЕНИЯ»

институты РАН. Однако чтобы быть эффективным исследователем, необходимо иметь современный инструментарий, прежде всего высокоразрешающие электронные микроскопы. Их нет в нашей стране, поэтому мы вынуждены проводить исследования за рубежом. К сожалению, мы оказались в положении догоняющих. Чтобы сократить отставание, нужно искать оригинальные научные подходы, и это делается.

Давайте посмотрим на высокорейтинговые журналы: какую долю в них составляют публикации российских учёных? Достаточно большую, правда, их авторы работают в зарубежных лабораториях. Но всё-таки это говорит о том, что у нас действительно есть большой потенциал.

Академик Ю.С. Осипов: Вы поднимаете важную проблему о публикациях. Не считаете ли вы, что уровень достижений в области химии, в частности наук о материалах, в России настолько велик, что можно бы иметь и собственные высокорейтинговые журналы? Ведь по другим дисциплинам они есть, например, считается за честь опубликовать хорошую математическую работу в отечественном профильном журнале. Не должен молодой человек, сделав интересную работу, уезжать только для того, чтобы иметь публикации в престижных журналах.

Ю.Д. Третьяков: Во-первых, у математика нет зависимости от самого современного оборудования. Во-вторых, надо считаться с тем, что англий-

ский язык стал языком международного научного общения. Чтобы результаты наших работ были широко известны в мире, нужно публиковаться и в зарубежной периодике. Конечно, надо сделать всё возможное, чтобы и отечественные журналы стали рейтинговыми.

Академик А.Л. Асеев: Ваше интересное сообщение ярко высветило проблему, с которой мы сталкиваемся в науках о наноматериалах. Вы показали, что базовыми здесь являются предсказательные исследования свойств материалов. Для наноматериалов — это прогностика в области квантовой химии, для электроники и наноэлек-троники — в области квантовой физики и вообще физики наноструктур. По тому, как такие работы организуются сейчас в России, можно судить о нашем всё большем отставании. Думается, что должна быть использована вся мощь академической науки, математических подходов — ведь мы много говорим сейчас о суперкомпьютерах и т.д. Между тем в своём сообщении вы эмпирический подход сделали главным.

Ю.Д. Третьяков: Да, моделирование наноматериалов и нанотехнологий крайне желательно и просто необходимо. Думаю, благодаря введению в строй суперкомпьютеров мы такую возможность получим. В четырёх важнейших направлениях работ, которые предстоит осуществить, фигурирует моделирование наноматериалов в процессе их формирования и использования.

НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ В ИССЛЕДОВАНИИ ВЕЩЕСТВА

ОБСУЖДЕНИЕ НАУЧНОГО СООБЩЕНИЯ

Выступление академика В.М. Бузника в большей мере было посвящено вопросам, связанным с подготовкой студентов на факультете, которым руководит Ю.Д. Третьяков. Его студенты обучаются по специальным программам, включающим физику, механику, химию и обобществлённый опыт в материаловедении; их работы, как правило, высокого уровня, показателем чего являются и публикации, и участие в конференциях. Но большинство этих очень способных людей — отобранных, обученных, подготовленных — в конце концов отправляется за границу, и не только потому, что там можно публиковаться в рейтинговых журналах, но и потому, что в Москве они не могут найти достойную работу. Думается, что кроме научных проблем важно решить и эти вопросы, заметил В.М. Бузник.

Когда рассматривают проблему наномате-риалов, обычно делают акцент на размер частиц,

начал своё выступление член-корреспондент РАН Е.А. Гудилин. В докладе Ю.Д. Третьякова отмечен другой аспект, связанный с химией и физикой на-носистем, — это состояние и эволюция поверхности в процессе формирования наноматериалов. Такое понятие, как морфология, отражает состояние материала, обладающего некими полезными функциональными свойствами. В данном случае любое состояние материала, который морфологически отличается от другого, имеет иную поверхность, иные атомы и координации атомов на поверхности, закономерно обладает другими свойствами. Например, при формировании одномерных или квазиодномерных систем механизм образования частиц абсолютно отличается от того, что происходит, скажем, в объёмном теле. Поэтому при получении нитевидных кристаллов исключается механизм с большим количеством дислокаций, обусловливающих механические свойства (пла-

НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ

599

стичность системы и др.). В ряде случаев для нитевидных кристаллов удаётся добиваться рекордных механических прочностных характеристик.

Если же реализуется кристаллографически заданная анизотропия, можно выявлять, выделять, усиливать определённые функциональные свойства. Дальше остаётся только упорядочить систему, получая при этом интегрально усиленные для наноструктурированной системы свойства. Это могут быть квантовые системы, вискеры или нитевидные кристаллы. В качестве примера Е.А. Гудилин продемонстрировал изображения нитевидных кристаллов с внутренними каналами, они могут быть заполнены тяжёлыми катионами, которые можно обменять на лёгкие. Оказывается, что за счёт достаточно простых химических воздействий кристаллы микронного размера можно расщепить и обратить в нановолокна, в которых будут находиться подвижные протоны. Тем самым создаются очень прочные протонпроводящие волокна.

Изменяя морфологию поверхности тех же самых нитевидных кристаллов, их можно покрыть "шубой", состоящей из нанокристаллов похожего состава. В этом случае изменения химических свойств поверхности кристаллов приводят к тому, что их каталитические свойства становятся совершенно другими. Е.А. Гудилин показал, как можно использовать функциональные волокна в качестве электроактивного армирующего элемента для создания гибких катодных материалов для батарей и др. Вводя в слоистую структуру такие волокна, удалось улучшить механические свойства при сохранении ёмкостных характеристик катодных материалов.

Морфология — очень важный аспект именно наноматериалов, и химики в первую очередь обращают внимание на то, как сказывается морфология на практически важных и полезных свойствах, сказал в заключение Е.А. Гудилин.

У нас в стране ещё в 80-е годы были прекрасные научные работы по ультрадисперсным системам, которые реализовывались в отечественной промышленности, отметил в своём выступлении академик Ю.В. Цветков. К сожалению, сейчас ситуация иная, однако и научный задел сохранился, и некоторые специалисты продолжают работать в этом направлении, в том числе в Институте металлургии и материаловедения, в Институте общей и неорганической химии и других академических институтах. Далее выступавший сказал, что неслучайно в докладе упоминалось имя академика Ивана Владимировича Тананаева, первым заявившего, что дисперсность — фактор, который определяет диаграмму состояний и свойства материала. Из этого положения вытекали многие теоретические посылки, разрабатывавшиеся и использовавшиеся в дальнейшем. В целом вопросы, затронутые в

докладе, по мнению Ю.В. Цветкова, заслуживают внимания, развития и поддержки, в частности в ходе реализации программы под председательством Ж.И. Алфёрова.

Заслушанный доклад хорошо отражает ситуацию, которую у нас привыкли называть нанотех-нологической революцией в области исследования вещества, считает член-корреспондент РАН И.В. Мелихов. Самая ярко проиллюстрированная идея доклада состоит в том, что материал "помнит", как он формировался. Как будто бы тривиальная мысль: любое твёрдое вещество рано или поздно проходило через стадию выделения из газообразного, жидкого раствора или расплава, начиная с межзвёздного газа, естественно, и через стадию нанодисперсного состояния. Но было ясно и раньше, что это неравновесное состояние теряло свой смысл, когда вещество старело и материал считался состарившимся настолько, что никакой памяти о наносостоянии не осталось.

Когда с помощью современных методов исследования появилась возможность видеть, из чего состоят материалы, оказалось, что большинство из них имеет иерархическую структуру. То есть материалы сохраняют некое представление о том, что было, когда они формировались на молекулярном уровне, на наноуровне, на более крупных агрегатах и, наконец, на телах, которые мы привыкли представлять как частицу материала. То многообразие форм, которое представлено в докладе, может быть получено экспериментально, технологически. Таким образом, считает И.В. Мелихов, возможности у химиков огромные, есть и молодые исследователи и целые коллективы, которые способны реализовать научные задачи в этой области.

И химики, и физики, которые занимаются проблемами материалов, продолжил он, постепенно приходят к выводу, что трудно ожидать от теоретической науки предсказания свойств материала даже на уровне наночастицы, состоящей из 108—1012 атомов разного состава. По-видимому, когда синтезируется материал, действует закон кооперативного взаимодействия, и вряд ли его можно сформулировать на основе квантово-химических и других расчётов. До того, как наука сможет просчитать чрезвычайно малые взаимодействия, которые оказываются существенными при самоорганизации, считает И.В. Мелихов, нужно сформулировать законы поведения наночастиц как отдельных частиц. Поэтому сейчас учёные сосредоточены на изучении закономерностей поведения частиц впрямую, путём обобщения данных конкретного эксперимента. Конечно, нужно, чтобы отечественные исследователи имели возможность определять с предельной точностью параметры наночастиц. Этих параметров множество, они катастрофическим образом меняются, но следить за

их изменениями вполне реально. Нужен хороший эксперимент, а возможность обобщения такого материала есть, например, в виде многомерных уравнений типа уравнения Планка.

В выступлении академика А.Ю. Цивадзе отмечалось, что в докладе представлено многообразие неорганического наномира, но уделено внимание и высокомолекулярным системам. Супрамоле-кулярные системы воспроизводят природные, самопроизвольные процессы, которые удивляют и поражают. Достаточно вспомнить такие известные соединения, как порфирины или хлорофилл, с помощью кот

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком