Материалы_по_экономике / Глазьев_6ТУ

они имеют очень малые размеры и потребляют мало энергии. В НИИ «Дельта» под руководством П.Н. Лускиновича в 1987 – 1988 гг. заработала первая российская нанотехнологическая установка, осуществлявшая направленный уход частиц с острия зонда микроскопа под влиянием нагрева. Однако это направление было недальновидно ликвидировано еще в 1995 г. [3.45].

Как отмечает Ю.Д. Третьяков [3.39], в 90-е годы в России продолжались фундаментальные исследования, вносившие несомненный вклад в развитие нанотехнологий. Достаточно назвать научные группы, которые возглавляли Р.А. Андриевский, В.В. Болдырев, А.Л. Бучаченко, Р.З. Валиев, С.П. Губин, Б.В. Дерягин, А.Л. Ивановский, Ю.А. Котов, И.В. Мелихов, И.И. Минкин, А.Д. Помогайло, А.И. Русанов, И.П. Суздалев, А.Ю. Цивадзе и многие другие. В 1996 г. М.А. Ананяном был создан институт нанотехнологий, а в 2001 г. – концерн «Наноиндустрия».

В2000 г. за разработку полупроводниковых гетероструктур (рис. 3.7) и создание быстрых опто- и микроэлектронных компо-

нентов академик РАН Ж.И. Алферов удостоен Нобелевской премии.

После 2000 г. отечественные исследования в области нанотехнологий заметно оживились. Перечисленные и целый ряд других новаторских идей и теоретических трудов советских и российских ученых в огромной степени способствовали прогрессу мировой нанотехнологической науки и получению ощутимых практических результатов.

Виюле 2007 года для реализации государственной политики и развития инновационной инфраструктуры в сфере нанотехнологий, реализации проектов создания перспективных нанотехнологий и наноиндустрии была учреждена Российская корпорация нанотехнологий («Роснано»). Корпорация выбирает приоритетные направления инвестирования и выступает соинвестором в нанотехнологических проектах со значительным экономическим или социальным потенциалом. Госкорпорация «Роснано» не будет финансировать фундаментальные научные исследования, ее задача – коммерциализация продукта, создание заводов и инновационных компаний. Вся российская нанотехнологическая сеть основана на двух точках опоры – это «Роснано» и Курчатовский научный центр. (http://www.rian.ru/science/20090522/171941520.html).

41

С середины 90-х годов траектория развития нанотехнологий входит в фазу роста – начинается применение нанотехнологических методов в промышленности. Это стало возможным благодаря разработкам методов и средств линейных измерений и манипуляций в нанометровом диапазоне, которые собственно и обеспечили техническую возможность создания нано- и клеточных технологий. Это, прежде всего, изобретение растровых электронных и атомносиловых микроскопов, а также разработка основанных на их использовании метрологических систем.

По-видимому, с этого момента следует вести отсчет технологической траектории шестого технологического уклада. К исходным предпосылкам ее формирования необходимо также отнести создание дифрактометров и спектрометров с соответствующей разрешающей способностью, позволяющей измерять физикохимические параметры и свойства нанообъектов. Использование этой (и многих других) приборной базы позволило открыть новые свойства материи и создавать материалы с заранее заданными свойствами, возникающими вследствие манипуляций с атомами вещества на наноуровне. К числу других базисных изобретений, с внедрения которых начинается траектория жизненного цикла шестого технологического уклада, следует также отнести такие достижения молекулярной биологии, как открытие механизмов передачи генетической информации, обеспечивающей воспроизводство организмов на клеточном уровне, расшифровка геномов растений, животных и человека, изобретение технологии клонирования живых организмов, открытие стволовых клеток.

Вкомплексе перечисленные базовые нововведения сформировали кластер взаимодополняющих, технологически сопряженных производств, который позволил создать целостный воспроизводственный контур роста нового технологического уклада, ключевым фактором которого становятся нанотехнологии.

3.2.Определения и классификаторы нанотехнологий

Вобзоре под названием «Опись доступности нанотехнологических индикаторов и статистики в странах OECD» [3.46, 3.47] приведены определения нанотехнологии, используемые в 13 странах. В публикации ЮНЕСКО приводится, по крайней мере, пять ис-

42

пользуемых определений [3.48]. Ключевым свойством определения нанотехнологий оказывается размер менее 100 нм. Следующее определение, являясь очень кратким, может быть принято для указания ее границ: нанотехнология – это использование по-новому материалов и структур, действующих в нанодиапазоне (1 – 100 нм), что в общем случае требует междисциплинарного подхода. Ключевое слово в данном определении: по-новому.

Целесообразно включать в определение нанотехнологий именно качественную и количественную новизну эффекта их применения. Более полное определение нанотехнологии используется в Италии: «Нанотехнология – это изучение явлений и манипуляция веществом на атомном, молекулярном и макромолекулярном масштабах, где его свойства значительно отличаются от тех, что наблюдаются на больших шкалах. Это конструирование, характеристика, производство и применение структур, приборов и систем путем контроля формы и размера на нанометровой шкале».

В обзорах [3.49 – 3.54] упомянуты нижеизложенные определения нанотехнологий и описания различных типов производимых наноматериалов, наноинструментов и наноустройств.

Нанонаукой называют изучение феномена и манипуляции материалов на атомном, молекулярном и макромолекулярном уровнях, при которых свойства материалов значительно изменяются по сравнению с их свойствами на более крупном уровне.

Нанотехнологии включают в себя конструирование, характеристики, производство и применение структур, устройств и систем путем управления формой и размерами на нанометровом уровне. Кроме того, это – манипулирование, прецизионное размещение, изменение, моделирование или производство материалов в масштабах до 100 нм. Нанотехнология занимается функциональными системами, основанными на использовании структурных составляющих, обладающих особыми, обусловленными их размерами, свойствами отдельных составляющих или системы в целом. Наконец, нанотехнология – совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба.

43

Наноматериалы: материалы, обладающие одним или большим числом компонентов, по крайней мере, одно измерение которых находится в пределах от 1 до 100 нм, и к числу которых относятся наночастицы, нановолокна, нанотрубки, композитные материалы и наноструктурированные поверхности. Сюда же относятся наночастицы, являющиеся подгруппой наноматериалов, которые в настоящее время консенсусом определяются как отдельные частицы, имеющие диаметр < 100 нм. Агломераты наночастиц могут быть крупнее 100 нм в диаметре, но будут включены в обсуждение, поскольку они могут распадаться при воздействии слабых механических сил или растворителей. Нановолокна относятся к подклассу двухразмерных наночастиц (включая нанотрубки) < 100 нм, однако третий (осевой) размер может быть значительно больше.

Другой вариант определения наноматериалов: – это материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками.

Наноинструменты: инструменты и методы синтезирования наноматериалов, манипулирования атомами и формирования структур устройств, а также, что очень важно, измерение и характеризация материалов и устройств на нанометровом уровне.

Наноустройства: устройства на нанометровом уровне, играющие в настоящее время важную роль в микроэлектронике и оптоэлектронике, а также при взаимодействии с биотехнологическими методами, цель которых – имитировать действие биологических систем, такие как клеточные моторы. Последняя область является наиболее футуристической и вызывает наиболее оживленный интерес общественности.

В ряде европейских стран используется определение наноин-

женерия (от английского Nanotechnological engineering – Nanoengineering) – междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, предметом которой являются исследования, проектирование и совершенствование методов разработки, производства и применения интегрированных систем, основанных на законах и принципах нанотехнологий и микросистемной техники.

44

Приведем в качестве репрезентативного наиболее обширный набор нанотехнологий из их списочного определения, принятого в Австралии [3.46]:

Проблема классификации и стандартизации нанотехнологий и нанопродуктов в немалой степени связана с тем, что предполагаемые возможности нанотехнологий охватывают чрезвычайно широкий класс наук и имеют много аспектов развития. Их можно классифицировать по нескольким признакам и особенностям:

•по степени сложности создаваемых структур;

•по принадлежности к различным наукам;

•по методам производства;

•по предполагаемым применениям;

•по временной шкале прогнозируемого внедрения и др.

В табл. 3.1 в качестве примера приведена классификация нанотехнологий по степени сложности нанообъектов.

45

Таблица 3.1

Классификация нанотехнологий по степени сложности нанообъектов и их применению

При описании производства наноматериалов вводят классификацию по основным производственным процессам их получения:

•оптическая литография;

•литография с применением электронных, ионных и атомарных пучков;

•штамповка, молекулярное «впечатывание», нанолитография;

•самосборка;

•создание структур на поверхности при манипуляциях отдельными атомами и молекулами с использованием сканирующих зондовых микроскопов;

•механосинтез (молекулярные нанотехнологии);

•получение частиц из газовой фазы (пламя, плазма);

•получение нанокомпозитов методами золь-гель;

•управляемое создание наноструктуры в объеме материала. Ниже представлены перечни классификаторов по нанотехноло-

гиям, используемые различными организациями и целевыми программами как в Российской Федерации, так и за рубежом.

1.В Федеральной целевой программе по развитию инфраструктуры нанотехнологий [3.28]:

1.1.наноэлектроника;

1.2.наноинженерия;

1.3.функциональные наноматериалы и высокочистые вещества;

1.4.функциональные наноматериалы для энергетики;

1.5.функциональные наноматериалы для космической техники;

1.6.нанобиотехнологии;

1.7.конструкционные наноматериалы;

1.8.композитные наноматериалы;

1.9.нанотехнологии для систем безопасности.

2.В серии публикаций академика Ж.И. Алфёрова дается следующая классификация наноматериалов [3.55]:

2.1.полупроводниковые наноструктуры;

2.2.магнитные наноструктуры;

2.3.двумерные многослойные структуры из пленок нанометровой толщины;

2.4.молекулярные наноструктуры;

2.5.фуллереноподобные материалы;

2.6.конструкционные наноматериалы.

47

В состав наноэлектроники авторы [3.55] включают нано- и микроэлектромеханику и диагностику наноструктур.

3. Классификатор направлений развития нанотехнологий «8+»

компании «Science Global Management» (табл. 3.2).

Окончание табл. 3.2

4.В концепции долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации до 2020 г., утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 ноября 2008 г.

№1662-р, выделены четыре направления нанотехнологий:

4.1.нанометрология;

4.2.нанотехнологии для медицины;

4.3.нанотехнологии для электроники, сенсорной техники, энергетики и других приложений);

4.4.наноматериалы (кристаллические, композиционные, керамические, полимерные, «умные» материалы со специальными свойствами, катализаторы, мембраны и др.).

Один из вариантов классификации наноматериалов представлен на рис. 3.6.

5.В перечень направлений развития нанотехнологий в Японии до 2010 г. входят (в скобках приведен объем финансирования в млрд долл.):

5.1.сети и наноприборы (Network and Nano Device, $170-200 bl);

5.2.Окружающая наносреда и наноэнергетика (Nano Evironment and Energy, $9-17 bl);

5.3.нанометрология и нанооборудование (Nanometrology and Manafacturing, $8-22 bl);

5.4.инновационные наноматериалы (Innovation Materials, $6-14

bl);

5.5.нанобионика (Nano Bionic, $6-8).

49

6.В перечень направлений развития нанотехнологий в США

(NNI до 2015 г.) входят:

6.1.применения нанотехнологий для контроля окружающей среды (Nanotechnology Applications for Measurement in the Environment);

6.2.получение стабильных материалов и ресурсов (Nanotechnology Applications for Sustainable Materials and Resources);

6.3.разработка устойчивых производственных процессов (Nanotechnology Applications for Sustainable Manufacturing Processes);

6.4.вовлечение нанотехнологий в естественные и глобальные процессы (Nanotechnology Implications in Natural and Global Processes).

7.В перечень направлений развития нанотехнологий в Евросоюзе (Отчет для Еврокомиссии 2007 г.) входят:

7.1.наноматериалы (nanomaterials);

7.2.вторичные наноструктуры (lateral nanostructures);

7.3.нанобиотехнологии (nanobiotechnologies);

7.4.наногинструменты (nanotools);

7.5.нанооборудование (nanodevices);

7.6.наноэлектроника (nanoelectronics);

7.7.наномодифицированные продукты (nano enabled products).

8.В перечень направлений развития нанотехнологий в Китае входят:

8.1.углеродные нанотрубки и другие наноматериалы (Carbon nanotubes and other nanomatireals);

8.2.манипуляции отдельными атомами (Manipulation of single

atoms);

8.3.молекулярная электроника (Molecular electronics);

8.4.поверхности и межфазные границы (Surface and interfaces). По применению нанотехнологической продукции в Китае раз-

личают:

1.наноэлектроника (Nano-electronics);

2.нанобиотехнологии (Nano-biotechnology);

3.нановлияние на окружвющую среду (Nano-environment);

4.наноэнергетика (Nano-energy);

5.наноматериалы (Nano-matirials);

6.нанодиагностирующее оборудование (Nano-detection instruments).

50