В России у нанотехнологий большое будущее

До 2015 года в России на нанотехнологии и наноиндустрию намечено ассигновать около 200 млрд рублей

«Тот, кто раньше овладеет нанотехнологией, займет ведущее место в техносфере будущего» – Эдвард Теллер, «отец» американской водородной бомбы

«Средства действительно планируется выделить очень и очень крупные. До 2015 года на нанотехнологии и наноиндустрию намечено ассигновать около 200 млрд рублей. При этом из них 130 млрд планируется выделить до конца этого года», — заявил первый вице-премьер Сергей Иванов на заседании первого правительственного совета по нанотехнологиям.

Им также было отмечено, что «бизнес-сообщество не останется в стороне от данного процесса», ведь «разработка и применение нанотехнологий предоставляет реальную возможность создать современную экономику, поднять уровень жизни населения и обеспечить должную безопасность страны».

«Сейчас мы стоим на пороге настоящей нанореволюции, и она способна перевернуть все наши представления о жизни», — отметил Иванов, сравнив развитие нанотехнологий с советским «Атомным проектом» и программой освоения космического пространства.

«Это то направление деятельности, на которое государство не будет жалеть никаких средств, – сказал президент Путин, выступая на совещании в Курчатовском институте по вопросам развития нанотехнологий. – Мы можем предоставить большие средства, но мы должны организовать работу таким образом, чтобы деньги вкладывались эффективно и давали отдачу», – добавил он.

Десять лет тому назад приставка «турбо» в сочетании с каким-либо продуктом – от жевательной резинки до бытовой электроники – работала на его торговые качества, обеспечивала быстрый рост продаж. В наши дни находятся скептики, полагающие приставку «нано» всего лишь очередным удачным маркетинговым ходом. Так ли это?

Термин «нанотехнология» относительно молод, ему чуть больше двадцати лет. «Нано…» – первая составная часть сложных слов и названий единиц измерения, обозначающая уменьшение в миллиард раз. Вообще-то «nannos» пришло из греческого языка и означает «карлик». Но здесь речь идет об объектах порядка одной миллиардной метра, сопоставимых с размерами атомов и молекул.

Впрочем, еще задолго до появления этого термина писатели-фантасты описывали, как в далеком будущем люди научатся манипулировать «штучными» атомами. Превращение одних веществ в другие станет делом обыденным, крошечные роботы будут ремонтировать технику, проникать в наш организм и лечить его, а разумные пылинки смогут образовывать суперкомпьютеры буквально в считанные секунды и прямо в воздухе… Оказалось, что это будущее не столь далеко.

В 1959 году Ричард Фейнман, всемирно известный физик и будущий нобелевский лауреат, в одной из своих лекций заявил о том, что человечество скоро научится манипулировать мельчайшими частицами и сможет синтезировать все что угодно.

«Принципы физики… не говорят о невозможности манипулирования веществом на уровне атомов», – сказал Фейнман. Впервые ученый такого уровня легализовал мечтания фантастов, и поэтому его считают «отцом» нанотехнологии.

Но истины ради надо отметить, что сам термин впервые ввел в обращение Эрик Дрекслер в 1986 году в свой книге «Машины творения», которая стала манифестом нанотехнологической революции. Впрочем, Дрекслер не скрывает, что он вдохновлялся именно работами Фейнмана, когда в 1977 году, будучи студентом, впервые задумался:

«Хорошо бы уменьшить всю нашу технику в какое-нибудь неимоверное число раз». Он выдвинул идею создания молекулярной машины, своего рода искусственной биологической молекулы, действующей в живых клетках.

Тогда это казалось чистой воды фантастикой, а сейчас такие машины называются ассемблерами.

Книга Дрекслера была воспринята научной средой как забавное фантазирование. Но еще забавнее оказалось то, что к этому времени уже были придуманы два инструмента, позволяющие вывести идеи нанолюции в сферу их практического воплощения.

В 1981 году в швейцарском отделении IBM был создан так называемый сканирующий туннельный микроскоп. С его помощью можно было воздействовать на единичные атомы. Сверхтонкая игла скользила так близко от поверхности, что зазор был не больше размера атома. Благодаря электрическому потенциалу иглы атом вылетал с поверхности материала, а затем игла переносила его в иное места или же в иное вещество. Сборка из атомов более крупных объектов переходила из теоретической проблемы в технологическую. Имелось, правда, одно ограничение: вещество должно было являться проводником.

А в 1986 году (когда, кстати, и вышла книга Дрекслера) появился атомно-силовой микроскоп. Он уже позволял манипулировать атомами любых материалов, а не только проводников. Первый наноэксперимент в 1990 году стал сенсацией. Снимок букв IВМ обошел весь мир. Дело в том, что название знаменитой компании было составлено из букв высотой всего лишь в пять атомов инертного газа. Хоть буквы не удалось зафиксировать – их всего лишь приморозили к основанию, успех был налицо.

К нанотехнологической гонке стали подключаться другие лаборатории, а в бюджетах развитых стран выделяемые на это средства быстро росли. В начале 90-х годов началось применение нанотехнологий в промышленности. Великая наноиндустриальная революция, о необходимости которой говорили физики и фантасты, началась.

Плоды ее стали доступны практически сразу. В производстве DVD-дисков контроль матриц производился нанотехнологическими средствами. Исследования в этой области привели к тому, что сейчас вводятся новые стандарты плотности записи на магнитных и оптических носителях, в десятки раз превосходящие традиционные. Сотрудники Технологического института штата Джорджия (Атланта, США) под руководством V.de Heer, исследуя электромеханические свойства нанотрубок, создали нановесы, спомощью которых предполагают взвешивать… вирусы. Ученые из лаборатории Lucent Technologies Bell Labs создали транзистор в миллион раз меньше песчинки.

Используя органическую молекулу, исследователи уменьшили размер транзистора до 1–2 нанометров. Они пустили в дело технику «самосборки», при которой молекулы сами присоединяются друг к другу с помощью золотых электродов. В те же годы корпорация IBM объявила о создании самой маленькой логической схемы на основе двух транзисторов, построенных из отдельной молекулы углерода. К гонке подключился и Hewlett-Packard, разрабатывающий собственные программы по созданию нанотранзисторов. Предполагалось, что углеродные нанотрубки в ближайшие годы вытеснят кремний с технологических площадок. Впрочем, еще в 1998 году датчане получили транзистор из одного атома кремния и двух атомов водорода. Но российские ученые не отставали и даже в чем-то опережали своих западных коллег. Успешно работала в сфере прикладных нанотехнологий корпорация МДТ (Molecular Device Tools for Nanotechnology), созданная в 1991 году в подмосковном Зеленограде.

Сканирующие зондовые микроскопы, которые выпускала корпорация, не уступали зарубежным. В Московском государственном университете создали транзистор из одной молекулы. В столичном Институте проблем микроэлектроники РАН развивалась уникальная область науки – квантовые наноэлектронные приборы. А в Институте нанотехнологий Международного фонда конверсии, расположенном в Москве, были созданы уникальные «сборщики», не имеющие мировых аналогов. На установках «Луч» были получены впечатляющие результаты по формированию нанообъектов из материалов различных типов – карбонилов железа и вольфрама, хлоридоволова и полианилина. Но почему уже тогда не состоялось окончательное торжество мировой нанолюции? Не хватило «рук». То есть машин размером с молекулу, которые могут воспроизводить сами себя, используя атомы.

Михаил Ананян, директор Института нанотехнологии, тогда же заявил, что главной задачей исследователей является создание ассемблеров, сборщиков атомов.

Ассемблеры как своего рода «наноруки» должны надежно сшивать друг с другом атомы различных веществ. В одних лабораториях «пошив» ведут в вакууме, в других – при сверхнизких температурах. В лабораториях Института нанотехнолгии сшивка проводилась на уникальной, не имеющей мировых аналогов установке при комнатной температуре и при нормальном давлении. Ученые – впервые! – сумели воздвигнуть двухмиллиметровый столбик, выстроенный атом за атомом. Это вам не три буквы IBM из пяти атомов… Если сравнить: пирамида Хеопса по сравнению с блохой.

Кстати, принцип работы ассемблера, образно говоря, заключается в том, чтобы создать такую «блоху», которая без всякого мастерового Левши не только сама себя подкует, но и соберет точно такую же блоху.

Сейчас генеральный директор концерна «Наноиндустрия» академик Михаил Ананян считает, что нанотехнологии – уже сформировавшаяся отрасль. У него есть все основания так полагать. За 11 лет работы его концерн, не получив от государства ни копейки, успешно создает уникальные нанопродукты: от новых, не имеющих мировых аналогов туннельных микроскопов «Умка», до наноматериалов. Ананян организовал производство нанопорошков на основе серпентитов – так называемых ремонтно-восстановительных составов, предназначенных для ремонта изношенных узлов и механизмов в двигателях внутреннего сгорания, металлорежущих станках, топливных насосах, турбокомпрессорах, в горношахтном и металлургическом оборудовании.

Другим коммерческим продуктом деятельности концерна являются коллоидные растворы наночастиц серебра, обладающие высокой антибактериальной активностью и придающие биоцидные свойства краскам, лакам, пастам, моющим и дезинфицирующим средствам. При этом Ананян говорит, что больше заинтересован в заказах, а не в инвестициях.

Что же, вот еще один пример того, как инвесторы проглядели золотую жилу… Не менее прорывные работы ведутся в городе физиков и математиков Дубне, в Научном центре прикладных исследований Объединенного института ядерных исследований. Перспективные исследования посвящены разработке новых электронных, магнитных, оптических и иных устройств, построенных на основе технологий третьего тысячелетия – использовании нового вещества, гетероэлектрика. Речь идет о веществе, состоящем из носителя, в который вводятся наночастицы различных материалов. Воздействуя на гетероэлектрик электромагнитными полями, на выходе получаем материалы, обладающие уникальными свойствами.

Например, стекла, изготовленные по технологии гетероэлектрики, пропускают свет в любом заданном спектральном интервале или вообще не пропускают свет вне данного интервала, то есть являются идеальными светофильтрами. Как говорит директор Научного центра Валентин Самойлов: фотоэлементы, применяемые в солнечных батареях и изготовленные по технологии гетероэлектрики, могут достигать КПД 90%, а кроме того, обладают способностью работать ночью. Сегодня реальные показатели КПД в мире – 12–18%. В США планируется достигнуть уровня КПД 34% только через два года.

Актуальность нанотехнологий стала очевидной и для государственных структур. Член-корреспондент РАН, глава Института кристаллографии, директор Курчатовского института Михаил Ковальчук считается одним из основателей программы развития наноиндустрии в России. Эта программа сейчас имеет статус президентской инициативы. Более того – в рамках уже согласованной федеральной целевой программы по оборудованию научных центров и созданию национальной лаборатории на развитие наноиндустрии в ближайшие три года государство выделяет 28 млрд руб. Курчатовский институт выиграл конкурс на право стать головной организацией российской наноиндустрии.

Заместитель директора Курчатовского института по научной работе, доктор технических наук, профессор Олег Нарайкин сообщил, что в стране действует более 500 организаций, занимающихся нанотехнологиями. Задача головной организации состоит не в том, чтобы менторски указать всем свое место, а в том, чтобы сообщество собрать, организовать и скоординировать его работу. Решения, куда вкладывать средства, могут быть приняты только на основе мнения научного экспертного сообщества. Речь идет не о создании некой управленческой вертикали, а о «сетевом» решение, при котором должен быть координатор. Эту функцию и будет выполнять Курчатовский институт.

Надо иметь в виду, что эти 28 млрд рублей будут вложены лишь в развитие инфраструктуры и приборной базы наноиндустрии. В рамках пяти федеральных программ в сфере нанотехнологий есть создание и использование новых материалов в области топливно-энергетического комплекса, здравоохранения, коммуникаций, материалов для авиа- и судостроения. На научные исследования пойдет более 10 млрд руб. в год, а на инновационные программы вузов предполагается потратить в ближайшие годы дополнительно около 15 млрд руб.

Кстати, недавно на одной из пресс-конференций первый вице-премьер правительства Российской Федерации Сергей Иванов заявил, что до конца 2007 года в стране будет создана государственная корпорация нанотехнологий, куда целевым порядком направят 100 миллиардов рублей. Но еще интереснее другое сообщение Сергея Иванова: сейчас создается механизм частно-государственного партнерства, который поможет реализации программ в области нанотехнологий. В июне был создан правительственный совет по нанотехнологиям, который станет постоянно действующим совещательным органом, образованным в целях обеспечения взаимодействия исполнительной власти с представителями предпринимательского сообщества и научной общественности. Так что перспективы для частных инвестиций в российский нанотех становятся весьма привлекательными.

Член Генерального совета «Деловой России» Иван Поляков считает, что в нанобизнес активно пойдут крупные частные компании, поскольку именно такое партнерство увеличит инвестиции в нанотехнологии. Совладелец АФК «Система» Владимир Евтушенков, вообще предлагает сделать двигателем экономического роста России развитие нанотехнологий, наряду с информационными и биотехнологиями. А чтобы привлечь в эту сферу частный капитал, правительство должно предложить льготный налоговый режим.

О достижениях нанотехнологий сейчас много пишут и говорят. Практически все направления науки и техники в той или иной степени «вписываются» в систему координат нанореволюции, учитывают и используют ее достижения в своих исследованиях и разработках. Однако есть ученые, которых пугает бурное развитие нанотеха.

Но риск может быть оправдан. Нанотехнологии – это своего рода объединяющее начало для суммирования достижений в квантовой механике, генетике, клонировании, компьютерных системах. Вряд ли найдется область человеческих знаний, которую не накроет волна нанотеха. Человечеству суждено пройти сквозь горнило нанолюции и выйти из него обновленным… или не выйти вообще.

Компетентное мнение:

Михаил БУЯНОВ, депутат Московской городской думы (фракция «Единая Россия»):

Нанотехнологии – это глобальный научный прорыв. Они могут изменить весь технологический мир. Они в корне меняют возможности производства. Причем это касается как оборонной и космической промышленности, так и чисто гражданской сферы. Что такое нанотехнологии? Это способность создавать совершенно новые материалы – с заранее заданными свойствами. Цивилизация получит возможность пользоваться такими материалами, о которых ранее не могла и мечтать. Это скажется на прочности, гибкости, упругости материалов, способности выдерживать различные нагрузки в течение длительного времени. В конечном счете мир наполнят вещи с совершенно иными характеристиками и свойствами, на несколько порядков выше тех, которыми мы пользуемся сейчас.

Конечно, развитие нанотехнологий требует очень серьезного и, я бы сказал, бережного отношения к науке. Необходимо создавать условия для работы ученых, материально-техническую базу. Нужно вкладывать немалые бюджетные средства. Но давайте вспомним и о том, что за последние 15 лет оборудование, на котором работает отечественная промышленность, основные фонды, явно устарели. Износ составляет 80 процентов. Для того чтобы использовать возможность сверхсовременных технологий, нужно менять парк оборудования, причем делать это нужно как можно скорее.

Москва – научный центр страны, город высоких технологий. В перспективе столица должна стать одним из мировых лидеров в сфере разработки и применения высоких технологий. Поэтому, я полагаю, столица будет играть очень заметную роль в развитии нанотехнологий. Это очень важно. Я бы сказал, это одно из стратегических направлений развития столицы.

Эдуард ГЕВОРКЯН

http://www.vmdaily.ru/article.php?…

Хорошая обзорная работа, которая будет с интересом прочитана студентами и школьниками старших классов. Она даёт общую ориентацию в этой области, и, прочитав её, человек может далее начать читать другие, более специализированные, статьи и книги. Побольше бы таких статей в самых разных газетах и журналах, для читателей самого разного уровня, и наше продвижение в данной области было бы значительно более успешным…