Нанотехнологии. Правда и вымысел

В оптическую и наноэлектронику вкладывается около 3.4 млрд рублей (из них средства корпорации – 1,8 млрд рублей). Выручка в этой области через шесть лет должна составить около 7,4 млрд рублей.

Особое место уделяется солнечной энергетике и медицине. В энергетику «РОСНАНО» инвестировала 3,6 млрд рублей, а в развитие нанотехнологической медицины – 1,3 млрд рублей. К рубежному 2015 году планируется уровень продаж 10,3 и 4,6 млрд рублей соответственно.

В целом, по планам российского правительства и научной общественности, в 2015 году Российская Федерация в общем объеме должна изготовить продукции с применением нанотехнологий на сумму до 2,5 трлн долларов. Уже сейчас в России работают более 100 предприятий, выпускающих нанотехнологическую продукцию мирового качества (табл. 3).

Таблица 3. Некоторые наиболее известные отечественные производители нанотехнологической продукции

Как заявил вице-премьер Сергей Иванов, к развитию нанотехнологий необходимо привлекать также средний и малый бизнес, создавая для этого «оптимальные условия»: «Госкорпорация – это только одна структура, а мы хотим создать наносеть по всей стране».

Государственная корпорация «РОСНАНО» выделяет следующие основные тематические направления создаваемой национальной наносети:

• конструкционные наноматериалы (углеродные материалы, металлы, сплавы, стекла, керамика, полимеры);

• композиционные наноматериалы;

• функциональные наноматериалы с особыми физическими свойствами и высокочистые вещества;

• функциональные наноматериалы для энергетики;

• функциональные наноматериалы для космической техники;

• нанобиотехнологии (наномедицина, нанофармакология, нанотехнологии для сельского хозяйства);

• нанотехнологии топливно-энергетического комплекса (ТЭК);

• наноэнергетика;

• наноэлектроника;

• наноинженерия;

• нанотехнологии для безопасности;

• метрология и стандартизация в области нанотехнологий.

Как уже отмечалось, поддерживая выход российских компаний на внешние рынки и укрепляя их взаимовыгодные международные связи, «РОСНАНО» развивает сотрудничество с ведущими мировыми нанотехнологическими центрами и организует в России ежегодный международный форум по нанотехнологиям.

С 3 по 5 декабря 2008 года в Москве был успешно проведен Первый Международный форум по нанотехнологиям (Rusnanotech-2008), в рамках которого состоялись пленарные заседания с участием высших должностных лиц страны и организаторов науки, отвечающих за развитие этой научно-технологической сферы, прошли панельные дискуссии и научно-технические секции по различным областям нанотехнологий.

В общей сложности мероприятия форума посетили свыше 9000 человек. С докладами и презентациями в рамках форума выступили более 1400 представителей мировой наноиндустрии, государственной власти, бизнеса и науки из 33 стран. Научные доклады участников конференции опубликованы в трех сборниках, причем отдельным сборником вышли доклады молодых ученых, принявших участие в работе форума. В выставке приняли участие 309 российских и зарубежных компаний, продемонстрировавших свои самые последние достижения.

Второй Международный форум по нанотехнологиям прошел 6–8 октября 2009 года в Москве, также в Центральном выставочном комплексе «Экспоцентр» (рис. 5).

По словам главы государства Д. А. Медведева, рынок российской наноиндустрии к 2015 году должен достигнуть объема в 900 млрд рублей. При этом четверть произведенных в отрасли товаров пойдет на экспорт, что позволит снизить зависимость экономики страны от продажи энергетических ресурсов. В ближайшие пять лет государство планирует вложить в развитие нанотехнологий 318 млрд рублей.

В рамках открытия Rusnanotech-2009 прошло награждение первой Международной премией в области нанотехнологий (Rusnanoprize-2009) российского физика-теоретика академика РАН Леонида Вениаминовича Келдыша и американского профессора Альфреда Чо за разработку «Полупроводниковые сверхрешетки и технология молекулярно-лучевой эпитаксии».

Рис. 5. ««Нанотехнологическая деревня» корпорации ««РОСНАНО» на Втором Международном форуме и выставке по нанотехнологиям Rusnanotech 09

В 1962 году академик Леонид Келдыш опубликовал первые теоретические работы, в которых предсказал уникальные свойства периодических (слоистых) полупроводниковых наноструктур – гетероструктур. Эти работы послужили отправной точкой для разработки технологии, позволяющей выращивать наноструктуры с атомной точностью, и последующего ее применения в электронике и оптоэлектронике.

В конце 60 – начале 70-х годов прошлого века ведущий сотрудник Bell Laboratories, профессор Альфред Чо разработал основы технологии, получившей название «молекулярно-лучевая эпитаксия», за что и получил столь высокую награду. Уже в 1978 году французская компания Riber S.A. выпустила первые промышленные установки, работающие по данному принципу.

В настоящее время наногетероструктуры, полученные методами молекулярно-лучевой эпитаксии, практически незаменимы при производстве оборудования сотовой телефонии и развития Интернета, полупроводниковых источников света (светодиодов, лазеров), фотоприемных устройств различного назначения, фотовольтаики, разработке сенсоров для интеллектуальных систем управления и развития робототехники.

На форуме были проведены научно-практические конференции, комплекс панельных дискуссий, а также докладов деловой части и научно-технологических секций, презентаций компаний, приборов и оборудования. Важнейшей частью форума снова стала специализированная выставка, на которой были представлены современные образцы отечественной и зарубежной нанотехнологической продукции, новейшие разработки в области нанотехнологий, оборудование для наноиндустрии.

Для решения задач в области развития нанотехнологий (нанонауки, наноиндустрии) необходим комплекс мер по подготовке, привлечению и закреплению кадров, прежде всего молодых специалистов, работающих в области нанотехнологий и наноматериалов, а также дальнейшее повышение их квалификации.

По расчетам ГК «РОСНАНО», для выполнения только проектов, инвестируемых госкорпорацией, необходимо около 150 000 специалистов. При этом 100 000 из них должны иметь высшее образование. Во многих учебных заведениях нашей страны начата подготовка кадров в области нанотехнологии.

В целях популяризации научных и прикладных исследований в области нанотехнологий особое место уделяется широкой пропагандистской кампании в печатных и электронных средствах массовой информации. С этой целью в России выпускается около десятка специализированных печатных журналов: «Российские нанотехнологии», «Нанотехника», «Нанотехнологии и наноматериалы», «Наноиндустрия», «Нано– и микро-системная техника», «Нанотехнология», «Наноструктурное материаловедение», «Нанотехнологии. Экология. Производство», «Форсайт» и др.

Очень активную позицию занимают в русскоязычных ресурсах интернет-издания Федеральный интернет-портал «Нанотехнологии и наноматериалы» (http://www.portalnano.ru (http://www.portalnano.ru/)), «Нанометр» (http://www.nanometr.ru (http://www.nanometr.ru/)), «Нано Дайджест» (http://nanodigest.ru (http://nanodigest.ru/)), «Российский электронный наножурнал» (http://www.nanojornal.ru (http://www.nanojornal.ru/)), «Сайт о нанотехнологиях № 1 в России» (http://www.nanonewsnet.ru (http://www.nanonewsnet.ru/)), «Официальный сайт потребителей нанотоваров» (http://www.nanowere.ru (http://www.nanowere.ru/)) и др.

Несмотря на достаточно насыщенный и плодотворный путь, пройденный нанонаукой, все же стоит отметить, что мы все еще находимся в начале пути ее развития.

Как указывает академик РАН Ю. А. Третьяков, в своем отношении ко всему новому, в том числе к нанотехнологиям, человечество переживает две основные стадии. Необоснованные ожидания через «положительную», а затем «отрицательную» гиперболизацию представляющихся возможностей. В Японии, например, уже выдвигаются «анти-» или «постнанотехнологические» инициативы.

Важно, чтобы своеобразный «нанотехнологический бум» не прошел стороной, не сумев породить в душах и помыслах людей, особенно в сердцах ученых и политиков, ни малейшего желания и энтузиазма для успешного развития нанонауки и наноиндустрии. Однако важно также, чтобы он не захлестнул их с головой, не бросил в пучину спекуляций и ненужного ажиотажа, получившего полууголовное определение «нанопурга».

Природные нанообъекты и наноэффекты

Как великий художник, природа умеет и с небольшими средствами достигать великих эффектов.

    Генрих Гейне, немецкий поэт, публицист, критик

В 1665 году сын английского священника Роберт Гук (Robert Hooke) в своей работе Micrographia первым опубликовал рисунки обнаруженных им микроорганизмов, за которыми наблюдал через простейший микроскоп собственного изготовления.

После того как голландский торговец и изобретатель Антони ван Левенгук (Antony van Leeuwenhoek) создал свой первый микроскоп с увеличением уже в более чем 200 раз, появилась возможность заглянуть на уровень микрообъектов вооруженным глазом. Оказалось, что окружающий нас мир наполнен разнообразными микроскопическими биологическими созданиями.

В 1683 году Левенгук написал письмо в Королевское научное общество в Лондоне, где описал бактерии «как невероятно большое собрание крошечных организмов». Именно эти биологические наблюдения Левенгука принято считать одними из первых научных исследований в мире. Как заметил еще в I веке до н. э. древнеримский политик и философ Марк Туллий Цицерон, «изучение и наблюдение природы породило науку».

С развитием науки оказалось, что о нанометрической сущности многих на первый взгляд простых объектов, материалов и эффектов мы порой даже и не подозреваем.

Как уже отмечалось, сам термин «нано» изначально появился именно применительно к биологическим объектам.

На семинаре в Германии в 1909 году в Берлинском экологическом обществе известный немецкий биолог Ганс Ломанн (Hans Lohmann) предложил новый термин – нанопланктон. Этим термином он назвал разнородные карликовые (размером менее 5 мкм) микроорганизмы, которые отделяются от воды только с помощью центрифуги, не способны сопротивляться течениям и свободно дрейфуют в толще воды.

Наполнением планктона, который наблюдал ученый только через оптический микроскоп, служат диатомеи, кокколитофориды, бактерии, некоторые простейшие, а также водные растения группы кремниевых жгутиконосцев.

Более того, в настоящее время различают еще и пикопланктон, состоящий из бактерий и наиболее мелких одноклеточных водорослей размером 0,2–2 мкм, а также фемтопланктон из океанических вирусов величиной менее 0,2 мкм. Как видим, их реальные размеры не имеют ничего общего с размерностью системы СИ, но широко используются океанологами всего мира.

Если реальные размеры бактерий исчисляются микрометрами, то белки занимают размерную нишу в диапазоне 4-50 нм. Аминокислоты имеют величину около 1 нм, а размер большинства вирусов – всего от 10 до 200 нм (табл. 4).

Так, вирус гриппа H2N2, вызвавший в 1957 году эпидемию, в результате которой умерли 1–4 млн человек, представляет собой сферу диаметром 80-120 нм (рис. 6).

Таблица 4. Размеры некоторых биологических нанообъектов