Человечество во все времена стремилось улучшить условия своего существования. Для этого в первобытном обществе люди использовали различные орудия труда, несколько позже они приручили диких животных, которые стали приносить пользу человеческому сообществу. Шли годы, менялся мир, менялись люди и их потребности. Теперь большинство из нас уже не может представить себе жизнь без современных благ цивилизации, достижений науки, техники, медицины. Следующим шагом в этом развитии станет освоение нанотехнологий, в частности, систем очень малого размера, способных выполнять команды людей.
Технический прогресс направлен в сторону разработки более мощных, быстрых, компактных и изящных машин. Пределом такого развития можно считать машины, размером с молекулу. Машина, построенная из ковалентно связанных атомов, чрезвычайно прочна, быстра и мала. Разработкой, созданием и управлением такими машинами занимается молекулярная нанотехнология. Эта отрасль открывает невиданные ранее, фантастические перспективы взаимодействия человека с миром.
Цель данной курсовой работы состоит в раскрытии особенности физических процессов в области нанотехнологий, их влияния на людей и применения в недалёком будущем.
Нанотехнология — совокупность процессов, позволяющих создавать материалы, устройства и технические системы, функционирование которых определяется наноструктурой, т.е. её упорядоченными фрагментами размером от 1 до 100 нм (10-9м; атомы, молекулы) (рис. 1).
Греческое слово «нанос» примерно означает «гном». При уменьшении размера частиц до 100-10 nm и менее, свойства материалов (механические, каталитические и т.д.) существенно изменяются.
Термин нанонаука используется в настоящее время для обозначения исследований явлений на атомном и молекулярном уровне и научного обоснования процессов нанотехнологии, конечной целью которой является получение нанопродуктов. Нанонаука, таким образом, может рассматриваться как начальная стадия нанотехнологии, когда до продукции еще достаточно далеко.
Данная работа посвящена перспективам развития нанотехнологий в России. В работе рассматриваются проблемы российских нанотехнологий, способы их решения, разнообразные возможности и риски наноиндустрии в целом.
Нанотехнологии — это технологии работы с веществом на уровне отдельных атомов. Общепризнанным основателем нанотехнологии считается американский физик Ричард Фейнман. В 1959 году нобелевский лауреат Ричард Фейнман в своём выступлении предсказал, что в будущем, научившись манипулировать отдельными атомами, человечество сможет синтезировать все, что угодно. Данное высказывание выражало основную идею нанотехнологий, и туннельный микроскоп [1], разработанный в 1981 году учеными из IBM, сделал это реальностью.
Нанотехнологии в машиностроении России
... возможностей, способов и методов применения нанотехнологий в машиностроении (в мире и в России). 5. Выделение технологических особенностей применения нанотехнологий в машиностроении. 6. Указание и прогнозирование перспектив развития нанотехнологий в машиностроении в России. В соответствии с поставленными задачами ...
Тема развития и внедрения прецизионных технологий с актуальной ныне приставкой «нано-» становится всё более значащей для человечества.
Область науки и техники, именуемая нанотехнологией, соответствующая терминология, появились сравнительно недавно.
1905 год. Швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой доказывал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нанометр. 1931 год. Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты. 1959 год. Американский физик Ричард Фейнман впервые прочел лекцию на годичном собрании Американского физического общества, которая называлась «Полно игрушек на полу комнаты». Он обратил внимание на проблемы миниатюризации, которая в то время была актуальна и в физической электронике, и в машиностроении, и в информатике. Эта работа считается некоторыми основополагающей в нанотехнологии, но некоторые пункты этой лекции противоречат физическим законам.
1968 год. Альфред Чо и Джон Артур, сотрудники научного подразделения американской компании Bell, разработали теоретические основы нанотехнологии при обработке поверхностей.
1974 год. Японский физик Норио Танигучи на международной конференции по промышленному производству в Токио ввел в научный оборот слово «нанотехнологии». Танигучи использовал это слово для описания сверхтонкой обработки материалов с нанометровой точностью, предложил называть ним механизмы, размером менее одного микрона. При этом были рассмотрены не только механическая, но и ультразвуковая обработка, а также пучки различного рода (электронные, ионные и т.п.).
1982 год. Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали специальный микроскоп для изучения объектов наномира. Ему дали обозначение СЗМ (Сканирующий зондовый микроскоп).
Это открытие имело огромное значение для развития нанотехнологий, так как это был первый микроскоп, способный показывать отдельные атомы (СЗМ).
1985 год. Американский физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард Смэйли создали технологию, позволяющую точно измерять предметы, диаметром в один нанометр.
1986 год. Нанотехнология стала известна широкой публике. Американский футуролог Эрк Дрекслер, пионер молекулярной нанотехнологии, опубликовал книгу «Двигатели созидания», в которой предсказывал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться, постулировал возможность использовать наноразмерные молекулы для синтеза больших молекул, но при этом глубоко отразил все технические проблемы, стоящие сейчас перед нанотехнологией. Чтение этой работы необходимо для ясного понимания того, что могут делать наномашины, как они будут работать и как их построить. [1]
1989 год. Дональд Эйглер, сотрудник компании IBM, выложил название своей фирмы атомами ксенона.
1998 год. Голландский физик Сеез Деккер создал транзистор на основе нанотехнологий.
1999 год. Американские физики Джеймс Тур и Марк Рид определили, что отдельная молекула способна вести себя так же, как молекулярные цепочки.
Основы работоспособности технических систем
... видов разрушения поверхностей, которые незначительно влияют на работоспособность сопряжения. Механизм основного вида изнашивания определяют ... Основные составляющие пыли: диоксид кремния SiО2 , оксид железа Fe2 О3 , соединения Al, Са, Mg, Na и других элементов. ... управлять процессами изменения технического состояния машин и обосновывать мероприятия, направленные на снижение интенсивности изнашивания ...
2000 год. Администрация США поддержала создание Национальной Инициативы в Области Нанотехнологии. Нанотехнологические исследования получили государственное финансирование. Тогда из федерального бюджета было выделено $500 млн.
2001 год. Марк Ратнер считает, что нанотехнологии стали частью жизни человечества именно в 2001 году. Тогда произошли два знаковых события: влиятельный научный журнал Science назвал нанотехнологии — «прорывом года», а влиятельный бизнес-журнал Forbes — «новой многообещающей идеей». Ныне по отношению к нанотехнологиям периодически употребляют выражение «новая промышленная революция».
Использование возможностей нанотехнологий может уже в недалекой перспективе принести резкое увеличение стоимости валового внутреннего продукта и значительный экономический эффект в следующих базовых отраслях экономики.
В машиностроении — увеличение ресурса режущих и обрабатывающих инструментов с помощью специальных покрытий и эмульсий, широкое внедрение нанотехнологических разработок в модернизацию парка высокоточных и прецизионных станков. Созданные с использованием нанотехнологий методы измерений и позиционирования обеспечат адаптивное управление режущим инструментом на основе оптических измерений обрабатываемой поверхности детали и обрабатывающей поверхности инструмента непосредственно в ходе технологического процесса.
В двигателестроении и автомобильной промышленности — за счет применения наноматериалов, более точной обработки и восстановления поверхностей можно добиться значительного (до 1,5-4 раз) увеличения ресурса работы автотранспорта, а также снижения втрое эксплуатационных затрат (в том числе расхода топлива), улучшения совокупности технических показателей (снижение шума, вредных выбросов), что позволяет успешнее конкурировать как на внутреннем, так и на внешнем рынках.
В электронике и оптоэлектронике — расширение возможностей радиолокационных систем за счет применения фазированных антенных решеток с малошумящими СВЧ-транзисторами на основе наноструктур и волоконно-оптических линий связи с повышенной пропускной способностью с использованием фотоприемников и инжекционных лазеров на структурах с квантовыми точками; совершенствование тепловизионных обзорно-прицельных систем на основе использования матричных фотоприемных устройств, изготовленных на базе нанотехнологий и отличающихся высоким температурным разрешением; создание мощных экономичных инжекционных лазеров на основе наноструктур для накачки твердотельных лазеров, используемых в фемтосекундных системах.
В информатике — многократное повышение производительности систем передачи, обработки и хранения информации, а также создание новых архитектур высокопроизводительных устройств с приближением возможностей вычислительных систем к свойствам объектов живой природы с элементами интеллекта; адаптивное распределение управления функциональными системами, специализированные компоненты которых способны к самообучению и координированным действиям для достижения цели.
В энергетике (в том числе атомной) — наноматериалы используются для совершенствования технологии создания топливных и конструкционных элементов, повышения эффективности существующего оборудования и развития альтернативной энергетики (адсорбция и хранение водорода на основе углеродных наноструктур, увеличение в несколько раз эффективности солнечных батарей на основе процессов накопления и энергопереноса в неорганических и органических материалах с нанослоевой и кластерно-фрактальной структурой, разработка электродов с развитой поверхностью для водородной энергетики на основе трековых мембран).
Лесная промышленность Российской Федерации
... области, Хабаровском и Приморском краях. лесопромышленного комплекса России. Объектами лесных отношений являются лесной фонд Российской Федерации, участки лесного фонда, права пользования ими, леса, не входящие в ... также признания их основным средством производства в лесном хозяйстве. В состав земель лесного фонда входят лесные земли и нелесные земли. К лесным землям относятся земли, покрытые лесной ...
В сельском хозяйстве — применение нанопрепаратов стероидного ряда, совмещенных с бактериородопсином, показало существенное (в среднем 1,5-2 раза) увеличение урожайности практически всех продовольственных (картофель, зерновые, овощные, плодово-ягодные) и технических (хлопок, лен) культур, повышение их устойчивости к неблагоприятным погодным условиям. Например, в опытах на различных видах животных показано резкое повышение их сопротивляемости стрессам и инфекциям (падеж снижается в 2 раза относительно контрольных групп животных) и повышение продуктивности по всем показателям в 1,5-3 раза.
В здравоохранении — нанотехнологии обеспечивают ускорение разработки новых лекарств, создание высокоэффективных нанопрепаративных форм и способов доставки лекарственных средств к очагу заболевания. Широкая перспектива открывается и в области медицинской техники (разработка средств диагностики, проведение нетравматических операций, создание искусственных органов).
Общепризнано, что рынок здравоохранения является одним из самых значительных в мире, в то же время он слабо структурирован и в принципе «не насыщаем», а решаемые задачи носят гуманитарный характер.
В экологии — перспективными направлениями являются использование фильтров и мембран на основе наноматериалов для очистки воды и воздуха, опреснения морской воды, а также использование различных сенсоров для быстрого биохимического определения химического и биологического воздействий, синтез новых экологически чистых материалов, биосовместимых и биодеградируемых полимеров, создание новых методов утилизации и переработки отходов. Кроме того, существенное значение имеет перспектива применения нанопрепаративных форм на основе бактериородопсина. Исследования, проведенные с натуральными образцами почв, пораженных радиационно и химически (в том числе и чернобыльскими), показали возможность восстановления их с помощью разработанных препаратов до естественного состояния микрофлоры и плодоносности за 2,5-3 месяца при радиационных поражениях и за 5-6 месяцев при химических.
Развитие и становление наноиндустрии в Российской Федерации определяется следующими стратегическими документами:
Президентская инициатива «Стратегия развития наноиндустрии» (№Пр-688 от 24 апреля 2007 г.),
Концепция долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года (Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 ноября 2008 г. №1662-р)
Концепция развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на период до 2010 года (одобрена Правительством Российской Федерации 18 ноября 2004 г. №МФ-П7-6194),
Программа развития наноиндустрии в Российской Федерации до 2015 года (одобрена Правительством Российской Федерации 4 мая 2008 года ВЗ-П7-2702) (далее — Программа)
Основы строительства Вооруженных Сил Российской Федерации
... правового регулирования практической деятельности в области военного строительства. Основы строительства Вооруженных сил РФ Проблемы военного строительства и обороны государства исследовала плеяда ... совершенствования правового обеспечения строительства Вооружённых Сил Российской Федерации в современных условиях. Строительство Вооружённых Сил относится к областям государственной жизни, в ...
Федеральная целевая программа «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2010 годы» (постановление Правительства Российской Федерации от 2 августа 2007 г. № 498)
Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» (постановление Правительства Российской Федерации от 17 октября 2006 г. №613)
Реализация стратегической цели Программы включает два этапа: первый этап — 2008-2011 годы, второй этап — 2012-2015 годы.
Цель реализации первого этапа ? к 2011 формирование году конкурентоспособного сектора исследований и разработок в области наноиндустрии для поддержания научно-технического паритета Российской Федерации с экономически развитыми странами мира по перспективным направлениям науки, определяющим стратегию развития наноиндустрии и безопасность применяемых наноматериалов и нанотехнологий для здоровья и жизни человека, рост объемов производства уже выпускаемой и востребованной продукции нанотехнологий безопасной для жизни и здоровья человека, насыщение соответствующих рынков, разработка новых нанотехнологий и видов нанотехнологической продукции, которые могут быть доведены до промышленного внедрения и производства в течение последующих двух-трех лет, создание эффективной системы коммерциализации объектов интеллектуальной собственности в области нанотехнологий.
Для ее достижения необходимо решение следующих задач:
1. Формирование современной инфраструктуры наноиндустрии на уровне экономически развитых стран, включая ее приборно-инструментальную, информационно-аналитическую и методическую составляющие.
2. Формирование условий устойчивого функционирования и развития системы подготовки, переподготовки и закрепления кадров для обеспечения эффективности исследований и разработок в области наноиндустрии.
3. Опережающее развитие исследований и разработок, обеспечивающих создание новых конкурентоспособных нанотехнологий и видов нанотехнологической продукции, которые могут быть доведены до промышленного внедрения и производства в течение двух-трех лет.
4. Создание системы содействия продвижению продукции наноиндустрии на внутренний и внешний рынки высокотехнологичной продукции, системы обеспечения единства измерений, стандартизации, оценки соответствия и безопасности в наноиндустрии с целью кардинального увеличения объемов производства уже выпускаемой и востребованной продукции нанотехнологий, насыщения указанной продукцией нанотехнологий соответствующих рынков.
Максимальное количество объектов инфраструктуры наноиндустрии расположено на балансе организаций г. Москвы — 48 объектов. В Свердловской области находится 16 объектов инфраструктуры наноиндустрии, в Санкт-Петербурге — 6, в Московской области — 5, в других субъектах количество объектов инфраструктуры наноиндустрии варьируется от 0 до 4 единиц.
Туннельный микроскоп — вариант сканирующего зондового микроскопа, предназначенный для измерения рельефа проводящих поверхностей с высоким пространственным разрешением, с помощью которого можно переносить с места на место отдельные атомы.
Нанотехнология междисциплинарная область фундаментальной и прикладной ...
... возрастают экспоненциально. Нанотехнология — следующий логический шаг развития электроники и других наукоёмких производств. История ... Фундаментальные положения Недавно было выяснено, что законы трения в макро- и ... области нанотехнологий на период до 2010 года» (2004 г.)[3] нанотехнология определяется как совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и ...
Нанотехнологии — это не цель в себе и не какая-то замкнутая отрасль, а лишь удобный, практичный и в большинстве случаев не имеющий аналогов инновационный инструментарий для достижения новых горизонтов в других отраслях. В некоторых случаях применение нанотехнологий приводит к появлению новых научных дисциплин и производств на стыках традиционных отраслей. В отдельных случаях можно говорить о возникновении качественно нового уровня традиционных направлений.
От нанотехнологов ждут создания новых материалов, превосходящих природные по своей прочности или упругости, с рекордной проводимостью, а также сверхпроводимостью, несущих новые качества, существование которых невозможно в материалах однородных. Однако в наличии пока только идеи создания таких материалов.
Главная надежда нанотехнологий:
* Выращивать наноструктуры, наноматериалы, нанообъекты «снизу вверх».
* Первый ключ к нанотехнологиям:
- Самоорганизация;
- самоформирование;
- самосборка;
* Второй ключ — междисциплинарность
* Третий ключ — активный мониторинг и сопровождение.
Наибольшее влияние нанотехнологий в обозримом будущем скажется в аэрокосмической, полупроводниковой и оборонной промышленности; химии, электронике, производстве медицинских товаров и оборудования, металлургии и энергетике.
Главная опасность для России и человечества:
- Вывод гонки вооружений на наноуровень;
- Биороботы в оборонной сфере представляются сейчас более значимыми, чем ядерный или космический проект.
Развитие нанотехнологий в России
В настоящий момент доля России в общемировом технологическом секторе составляет около 0.3%, а на рынке нанотехнологий — 0.04%. Во многом здесь сказался тот факт, что Россия обратила свое внимание на наноразработки на 7-10 лет позже, чем зарубежные страны.
Российский рынок нанотехнологий находится на начальном этапе становления, коммерческие приложения нанотехнологий в промышленности практически отсутствуют. Численность предприятий, которые уже приступили к этапу коммерциализации своих изобретений, составляет менее 20% от общего числа участников сектора.
Слабая сторона российской наноиндустрии — отсутствие развитого конкурентного производства научного приборостроения. Вследствие этого перед российскими компаниями стоит необходимость закупать дорогостоящее импортное оборудование.
Российский рынок аналитического оборудования для исследования наноструктур в последнее время устойчиво растет: с 2007 по 2009 годы показатели прироста сектора находились на уровне 30-50%. Активное развитие рынка началось в 2005 году в связи с введением господдержки исследований в области нанотехнологий и материалов. Рост исследовательской активности, в свою очередь, стимулировал спрос на аналитическое оборудование. Особенность российского рынка в том, что используемое аналитическое оборудование достаточно сильно устарело. Так, 37% всех приборов в центрах коллективного пользования, было произведено до 1999 года. Это формирует значимый объем отложенного спроса на подобные приборы.
Несмотря на проблемы, связанные с финансированием проектов и «утечку мозгов», развитие нанотехнологий не стоит на месте. Недавно в подмосковном городе Долгопрудный открылся научно-образовательный центр «Нанотехнологии» по изучению наноструктур на базе МФТИ с чётко определенным научным профилем — нанометрология. Такими же успехами в продвижении нанотехнологий может похвастаться и МГУ, который не только будет готовить специалистов для наноиндустрии, но и собирается открыть магистратуру по нанотехнологиям на своей базе.
Нанотехнологии. История развития
... на пути развития нанотехнологий, которое в корне изменяет пути развития различных устройств и материалов. Нанотехнология открывает новую эру в фундаментальных ... в процессе производства конечной продукции. Задача технологии состоит в том, чтобы использование законов природы шло на благо человека. ... половины длины волны. Бурное развитие электроники 50-х годов XX века привело к открытию туннельного ...
На базе РНЦ «Курчатовский институт» появился первый в России научно-исследовательский центр. В его состав также вошли Петербургский Институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН (Гатчина), Институт физики высоких энергий (Протвино) и Институт теоретической и экспериментальной физики (Москва).
В институте ядерной физики в первой половине 2011 года планируется пуск нейтронного реактора ПИК, который начал строиться ещё в 1970-х годах. Несколько лет назад было принято решение о возобновлении его строительства, предусматривалось вложить сотни миллионов долларов. Пуск реактора был запланирован на весну 2010 года, однако из-за проблем с финансированием получилась задержка.
Цель России — занять к 2015 году 3% мирового рынка высокотехнологичной продукции. При условии мощного финансирования и последовательности действий вполне реальными становятся планы освоения в 2009 году производства с соблюдением норм 130 нм, к 2011 году — 90 нм и к 2015 году — 65 нм.
Перспективы
За счет внедрения логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет «разумной» и исключительно комфортной для человека
Медицина
Создание молекулярных роботов-врачей, которые «жили» бы внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения, или предотвращали бы возникновение таковых, включая повреждения генетические. Прогнозируемый срок реализации — первая половина XXI века.
Геронтология
Достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и «облагораживания» тканей человеческого организма. Оживление и излечение тех безнадежно больных людей, которые были заморожены в настоящее время методами крионики. Прогнозируемый срок реализации: третья — четвертая четверти XXI века.
Промышленность
Замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул. Вплоть до персональных синтезаторов и копирующих устройств, позволяющих изготовить любой предмет. Первые практические результаты могут быть получены в начале XXI века.
Сельское хозяйство
Замена «естественных машин» для производства пищи (растений и животных) их искусственными аналогами — комплексами из молекулярных роботов. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем. Например, из цепочки «почва — углекислый газ — фотосинтез — трава — корова — молоко» будут удалены все лишние звенья. Останется «почва — углекислый газ — молоко (творог, масло, мясо — все, что угодно)». Стоит ли говорить о том, что подобное «сельское хозяйство» не будет зависеть от погодных условий и не будет нуждаться в тяжелом физическом труде. А производительности его хватит, чтобы решить продовольственную проблему раз и навсегда. По разным оценкам, первые такие комплексы будут созданы во второй — четвертой четвертях XXI века.
Социально-философский анализ проблемы взаимодействия человека и техники
... человека техникой и нравственно - философские основания и условия для использования техники. Цель данной работы - осветить направление развития технической мысли и раскрыть универсальные предпосылки формирования проблем, связанных с взаимодействием человека и техники; ... философов реальные вещи выступали не сами по себе, а в виде реализации "начал" и "причин". Поэтому ремесленник (художник) не ...
Биология
Станет возможным «внедрение» в живой организм на уровне атомов. Последствия могут быть самыми различными — от «восстановления» вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов. Прогнозируемый срок реализации: середина XXI века.
Экология
Полное устранение вредного влияния деятельности человека на окружающую среду. Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырье, а во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы. Прогнозируемый срок реализации: середина XXI века.
Освоение космоса
По-видимому, освоению космоса «обычным» порядком будет предшествовать освоение его нанороботами. Огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком — сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из «подручных материалов» (метеоритов, комет) космические станции. Это будет намного дешевле и безопаснее существующих ныне методов.
Кибернетика
Произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, размеры активных элементов уменьшаться до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут терагерцовых величин. Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах. Появится быстродействующая долговременная память на белковых молекулах, емкость которой будет измеряться терабайтами. Станет возможным «переселение» человеческого интеллекта в компьютер. Прогнозируемый срок реализации: первая — вторая четверть XXI века.
Разумная среда обитания
За счет внедрения логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет «разумной» и исключительно комфортной для человека. Прогнозируемый срок реализации: после XXI века.
Элементы информационных систем
Это позволяет уменьшить размеры одного транзистора приблизительно до 10 нм, а рабочие частоты увеличить до порядка 1012 Гц.
Анализ мирового опыта формирования национальных и региональных программ по новым научно-техническим направлениям свидетельствует о необходимости выявления некоторых ключевых проблем в области разработки наноматериалов и нанотехнологий.
Первая проблема — формирование круга наиболее перспективных их потребителей, которые могут обеспечить максимальную эффективность применения современных достижений. Необходимо выявить, а затем и сформировать потребности общества в развитии нанотехнологий и наноматериалов, способных существенно повлиять на экономику, технику, производство, здравоохранение, экологию, образование, оборону и безопасность государства Вторая проблема — повышение эффективности применения наноматериалов и нанотехнологий. На начальном этапе стоимость наноматериалов будет выше, чем обычных материалов, но более высокая эффективность их применения будет давать прибыль. Поэтому необходимо среднесрочное и долгосрочное финансирование НИОКР по наноматериалам и нанотехнологиям с выбором способов реализации программы, включая масштабы и источники финансирования. Государство заинтересовано в быстрейшем развитии перспективного направления, поэтому оно должно взять на себя основные расходы на проведение фундаментальных и прикладных исследований, формирование инноваций.
Промышленность строительных материалов: проблемы, тенденции и ...
... программы по структурной перестройке промышленности строительных материалов, в т. ч. программы регионального уровня, а также мероприятия по реализации «Концепции развития приоритетных направлений промышленности строительных материалов и стройиндустрии на 2001- ... 7% больше, чем в 2001 г.* Перед подотраслью стоят те же проблемы, что и перед отраслью в целом. Технический уровень оборудования отстает от ...
Третья проблема — собственно разработка новых промышленных технологий получения наноматериалов, которые позволят России сохранить некоторые приоритеты в науке и производстве.
Четвертая проблема — обеспечение перехода от микротехнологий к нанотехнологиям и доведение разработок нанотехнологий до промышленного производства, особенно в области электроники и информатики. Пятая проблема — широкомасштабное развитие фундаментальных исследований во всех областях науки и техники, связанных с развитием нанотехнологий.
Шестая проблема — создание исследовательской инфраструктуры,
Седьмая проблема — создание финансово-экономического механизма формирования оборотных средств у институтов и предприятий-разработчиков наноматериалов и нанотехнологий, а также развитие инфраструктуры, обеспечивающей поддержку инновационной деятельности в этой сфере на всех ее стадиях — от выполнения научно-технических разработок до реализации высокотехнологической продукции.
Восьмая проблема — привлечение, подготовка и закрепление квалифицированных научных, инженерных и рабочих кадров для обновленного технологического комплекса Российской Федерации.
Для выработки и практической реализации необходимых и достаточных мер в области создания и развития нанотехнологий должна быть сформирована государственная политика, которая, в свою очередь, должна рассматриваться как часть государственной научно-технической политики, определяющей цели, задачи, направления, механизмы и формы деятельности органов государственной власти Российской Федерации по поддержке научно-технических разработок и использованию их результатов.
Но не все так хорошо
Взаимодействие наноматериалов с живыми клетками может быть опасным. Оказалось, что многообещающие наночастицы убивают блох и повреждают мозг рыб. Крошечные частицы углерода диаметром 35 нанометров могут попасть в мозг человека через дыхательные пути и оказать на организм неизвестное, но, вероятнее всего, разрушительное воздействие. Речь идет о С-60 -одной из трех основных форм чистого углерода \алмаз и графит — две другие. Молекула С-60 состоит из 60 атомов углерода, устроившихся во взаимосвязанных 20 шестиугольниках и 12 пятиугольниках. По форме молекула напоминает футбольный мач. Данный наноматериал был обнаружен в 1985г. американским ученым Обердерстером среди побочных продуктов выпаренного лазером графита. Чтобы определить токсичность молекул, Обердерстер испытала наноматериал С-60 на водяных блохах в 10-литровом резервуаре. По прошествии 48 часов биологи заглянули к дафниям и увидели в аквариуме повышающуюся смертность.
Следующий опыт Обердестер проводила с участием окуней. После опыта ни одна рыба в аквариуме не умерла, но у окуней было обнаружено серьезное повреждение мембраны мозговых клеток. В дальнейшем это вызывает гибель клеток головного мозга.
Однослойные углеродные нанотрубки, как установили ученые, проявляют сильную противомикробную активность. Это ведет к повреждению и гибели клеток. Опыты проводили на культуре бактерии кишечной палочки. Бактерии подвергались обработке нанотрубками в течении часа, в результате чего большая часть бактерий погибла.
Естественно, исследователи отметили, что нанотрубки в чистом виде токсичны для человека и животных, а их длительное воздействие на живой организм сказывается негативно. По степени токсичности нанотрубок можно провести параллель с частым вдыханием асбестовых частиц, которые вызывают органическое повреждение тканей.
С наступлением нового тысячелетия началась эра нанотехнологии. Стремительное развитие компьютерной техники, с одной стороны, будет стимулировать исследования в области нанотехнологий, с другой стороны, облегчит конструирование наномашин. Таким образом, нанотехнология будет быстро развиваться в течение последующих десятилетий.
Если человечество не будет создавать нанотехнологического оружия, то у него есть реальный шанс выжить. Причём его ждёт, если не безоблачное, то довольно светлое будущее в комфортном мире без экологических проблем. Жизнь на выживание превратится в приятную жизнь. Создание нанотехнологической промышленности будущего даст человечеству принципиально новый способ экологически чистого «выращивания» продуктов из атомов и молекул, что поможет решить проблему экологического и энергетического кризиса. А развитие таких технологий, особенно на начальном этапе, не рыночно, ибо требуют больших затрат на образование, научные исследования и их техническую реализацию.
Перспективы нанотехнологической отрасли поистине грандиозны. Нанотехнологии кардинальным образом изменят все сферы жизни человека. На их основе могут быть созданы товары и продукты, применение которых позволит революционизировать целые отрасли экономики. Джош Волфе\Josh Wolfe, редактор аналитического отчета Forbes/Wolfe Nanotech Report, пишет: «Мир будет просто построен заново. Нанотехнология потрясет все на планете».
Нанотехнологии — это не новая отрасль мировой экономики, а средство для модернизации множества других ее отраслей.
По прогнозам экспертов, к 2020 году многие идеи, которые сегодня находятся на стадии исследований, будут реализованы в коммерческий продуктах.
Аккумуляторы смогут не только накапливать электрическую энергию, но и преобразовывать ее в свет и тепло.
Наноэлектроника создаст миниатюрные процессоры. Почти не потребляя энергию, они будут обрабатывать информацию быстрее и лучше нынешних. Такими процессорами будет насыщена среда обитания, они будут помогать нам повсюду.
В медицине будет развиваться ранняя и точная диагностика на основе наносенсоров. Точечная доставка лекарств в форме нанокапсул прямо в пораженные клетки поможет справиться с множеством заболеваний.
Строительные конструкции будут насыщены наносенсорами, следящие за их прочностью и целостностью. Технологии молекулярной сборки придут на заводы и фабрики. Во всех отраслях машиностроения будут работать всевозможные нанопокрытия и нанодобавки.
Однако самое интересное и важное — как повлияет развитие нанотехнологии на частную жизнь человека, на жизнь общества в целом.
1. Малинецкий Г.Г., презентация «Риски и возможности нанотехнологий», 2009 г.;
2. Андрюшин Е.А. «Сила нанотехнологий: наука&бизнес». — М., Фонд «Успехи физики», 2007;
3. Первое независимое Российское онлайн издание, посвященное компьютерным технологиям;
4. Сайт о нанотехнологиях №1 в России;
5. Сайт РУДН, статья про историю нанотехнологий;
6. Сайт, посвященный нанотехнологиям;
7. Интернет-журнал о нанотехнологиях.
