научная статья по теме НАНОТЕХНОЛОГИИ И НАНОМАТЕРИАЛЫ В ПРОШЛОМ, НАСТОЯЩЕМ И БУДУЩЕМ Комплексное изучение отдельных стран и регионов

Текст научной статьи на тему «НАНОТЕХНОЛОГИИ И НАНОМАТЕРИАЛЫ В ПРОШЛОМ, НАСТОЯЩЕМ И БУДУЩЕМ»

НАУЧНЫЕ ОБЗОРЫ

SCIENTIFIC REVIEWS

Статья поступила в редакцию 21.06.10. Ред. рег. № 820 The article has entered in publishing office 21.06.10 . Ed. reg. No. 820

УДК 54.01

НАНОТЕХНОЛОГИИ И НАНОМАТЕРИАЛЫ В ПРОШЛОМ, НАСТОЯЩЕМ И БУДУЩЕМ

Ю.Д. Третьяков

Факультет наук о материалах, химический факультет, Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова

119992, Москва, Ленинские горы, д. 1 Тел. (495) 939-2074, факс (495) 939-0998, yudt@inorg.chem.msu.ru

Заключение совета рецензентов: 25.06.10 Заключение совета экспертов: 27.06.10 Принято к публикации: 30.065.10

В обзоре кратко рассмотрена предыстория возникновения нанотехнологий и предложены наиболее вероятные направления их равития в России, основанные на анализе текущей ситуации.

Ключевые слова: нанотехнология, наноматериалы, социальные аспекты, дорожные карты.

NANOTECHNOLOGY AND NANOMATERIALS IN PAST, PRESENT AND THE FUTURE

Yu.D. Tretyakov

Materials Science Department, Chemistry Department, Lomonosov Moscow State University 1, Lenin Hills, Moscow, 119992, Russia Phone (495) 939-2074, Fax (495) 939-0998, yudt@inorg.chem.msu.ru

Referred: 25.06.10 Expertise: 27.06.10 Accepted: 30.06.10

In this review, nanotechnology rising origins are discussed and most promossing directions of their development are suggested as based on the analysis of forthcoming situation.

Keywords: nanotechnology, nanomaterials, social aspects, roadmaps.

После распада СССР и последовавших за ним мучительных поисков элементарного физического выживания научное сообщество нашей страны потеряло целое десятилетие для интенсивной творческой активности. Разумеется, это касалось не только развития нанотехнологий и наноматериалов, но прежде всего именно их, поскольку визуализация и контролируемый синтез нанопродуктов требовали крайне дорогостоящего оборудования, которым отечественные исследователи не располагали тогда, а многие не располагают и поныне.

Справедливости ради следует сказать, что инициатором процессов, породивших нанобум за рубежом, был не Р.Фейнман, хорошо известный лишь среди ученых, а Э.Дрекслер, автор скандально знаменитой книги «Машины созидания: наступление

нанотехнологической эпохи», опубликованной в 1986 г. В ней были показаны грандиозные перспективы развития наноиндустрии и, вместе с тем, выдвинута идея так называемой «серой слизи» (gray goo), смертельно напугавшая общество [1, 2].

И хотя позже (2004 г.) Э.Дрекслер отказался от модели нанороботов, способных воспроизводить самих себя, именно он и его многочисленные последователи ответственны за то, что сейчас в мире существуют два принципиально различных подхода к нанотехнологиям. Один, связанный с деятельностью промышленных корпораций, университетских и национальных лабораторий, базируется на новейших достижениях химии, физики, биологии, материаловедения и ведет к грандиозному технологическому прорыву.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 6 (86) 2010

© Scientific Technical Centre «TATA», 2010

Другой подход основан на представлениях научной фантастики о возможностях революционизировать человеческие способности благодаря развитию нанотехнологий как на благо, так и во вред всем нам. Естественно, что последний подход оказал заметное влияние на большинство людей, не имеющих естественно-научного или технического образования. И все же следует признать, что именно амбициозные идеи Э.Дрекслера о перспективности молекулярной индустрии, основанной на процессах механической сборки наноструктур с уникальными свойствами, растиражированные его многочисленными последователями, привлекли внимание как бизнеса, так и влиятельных конгрессменов и советников президента США к нанотехнологиям и привели в конечном счете к появлению в 2000 г. Национальной нанотех-нологической инициативы.

Анализ текущего состояния нанотехнологии позволяет выделить ряд важнейших направлений, связанных как с исследовательской деятельностью в различных областях науки, так и с разработкой конкретных устройств, среди которых ведущее положение занимают задачи разработки наноэлектромеханиче-ских систем (НЭМС) и систем нанопозиционирова-ния, развития нано- и молекулярной электроники, нанофотоники, создания функциональных наномате-риалов и нанокомпозитов, а также эффективных катализаторов нового поколения.

Особое место в дальнейшем развитии нанонауки отводится нанобиотехнологиям, что в первую очередь связано с необходимостью решения проблем старения биологических систем и острыми потребностями современной медицины в неинвазивных методах комплексной диагностики и лечения заболеваний. Разнообразные направления развития нано-медицины включают биосенсорную диагностику, наночастицы как средство доставки лекарств и новые формы лекарственных препаратов, создание сверхточной лазерной техники, нанороботов, наноинстру-ментов и наноманипуляторов для медицинских целей и многое другое [3].

Важную роль в формировании позитивного имиджа нанотехнологий сыграл и продолжает играть Институт предвидения (Foresight Institute), имеющий поддержку многих крупных компаний. В России формирующимся аналогом этого института является Форсайт-центр Высшей школы экономики (http://foresight.hse.ru/index.html). Глобальная цель Института предвидения состоит в поиске путей улучшения качества жизни людей, особенно в связи с развитием молекулярной нанотехнологии. Более конкретно этот Институт призван

- способствовать пониманию основных направлений и последствий развития нанотехнологий;

- информировать широкую общественность и лиц, принимающих решения, о прогрессе нанотехно-логий.

Foresight Institute организовал превосходную систему распространения информации, включая Интер-

нет. За более чем 20-летний период своего существования Foresight Institute несколько трансформировался, сориентировавшись в последнее время на нанотехнологическое сообщество. Около пяти лет назад (23 мая 2005 г.) Институт предвидения был переименован, получив название Foresight Nanotech Institute. В связи с этим институт видит свою новую миссию в поиске таких путей развития нанотехноло-гий, которые будут способствовать решению глобальных проблем, включая:

- создание новых экологически чистых источников энергии;

- улучшение здоровья и увеличение продолжительности жизни человека;

- максимальное увеличение продуктивности сельскохозяйственного производства;

- обеспечение потребностей человека в чистых воде и воздухе;

- прогресс в освоении космоса;

- разработку и массовое применение новых информационных технологий.

Учитывая опыт прошлого, можно утверждать, что существует лишь немного примеров удачного прогноза технологического развития; нередко ошибочными являются даже краткосрочные прогнозы, не говоря уже о долгосрочных, и, наконец, иногда справедливыми оказываются самые фантастические прогнозы. Все эти соображения еще в большей степени касаются прогнозов будущего долгосрочного развития нанотехнологий, поскольку последние, как уже отмечалось, характеризуются чрезвычайно высокой наукоемкостью и междисциплинарностью.

Тем не менее, можно утверждать, что если удастся реализовать программу фундаментальных и ориентированных фундаментальных исследований в области наноматериалов [4], то к 2030 г., а возможно, и раньше, удастся решить многие энергетические проблемы, например:

- разработать высокоэффективные альтернативные источники энергии, включая солнечные батареи, водородные двигатели, и благодаря этому существенно (в 2-3 раза) снизить потребление нефти и газа;

- создать двигатели внутреннего сгорания с КПД, превышающим 70%, благодаря использованию высокотемпературных композитов на основе боридов и карбидов циркония, гафния и тантала;

- существенно (в 2-3 раза) повысить продолжительность эксплуатации атомных станций путем улучшения качества материалов, используемых для постройки ядерных реакторов и для иммобилизации ядерных отходов;

- создать системы генерирования, аккумулирования и транспортировки энергии, ключевым элементом которых должны стать наноструктурированные материалы на основе высокотемпературных сверхпроводников;

- разработать достаточно дешевые биодегради-руемые полимеры массового назначения;

- создать эффективные системы экономии бытовой энергии.

Все это позволит почти вдвое снизить газовую эмиссию и отодвинуть угрозу глобального потепления на планете.

Улучшение качества и продолжительности жизни в пределах, близких к биологическим, будет достигнуто, если удастся

- разработать и внедрить кардиостимуляторы с несменяемыми на протяжении всей жизни пациента автономными источниками энергии;

- создать биосовместимые и биорезорбируемые имплантаты, не уступающие по своим свойствам природной костной ткани;

- разработать и внедрить высокоэффективные методы доставки лекарств к органам, пораженным злокачественными опухолями, с использованием магнитных наночастиц и квантовых точек;

- создать многофункциональные наноматериалы, предназначенные для эффективной медицинской диагностики;

- разработать и внедрить биосенсоры на основе так называемых «умных» материалов с нелинейными магнитными, оптическими и электрическими параметрами.

Существенное увеличение продуктивности сельскохозяйственного производства станет возможным благодаря

- разработке массового производства неорганических удобрений и микроудобрений пролонгированного действия на основе биодеградируемых полимерных контейнеров;

- разработке эффективных средств обессолива-ния и структурирования почв с применением мембранных технологий;

- созданию новых поколений пестицидов - инсектицидов, гербицидов и фунгицидов на основе гибридных наноматериалов.

Потребности человечества в пресной воде и чистом воздухе будут удовлетворены, если удастся внедрить разрабатываемые в настоящее время фотокатализаторы на основе наноструктурированных металлооксидов (например, ТЮ2, 2п0, СеО2 и др.), позволяющие

- эффективно осуществлять процессы разложения органических примесей в воде и убивающие бактерии, а также обладающие эффектом сверхгидрофобности, используемым для самоочищения различных поверхностей (тканей, зданий, автомобилей и т

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