«Нанотехнологии: сегодня и в будущем»
19 сентября 2013
Рубрика: Технологии.
Автор: Б. Умурзаков.

Известно, что конец XX и начало XXI веков ознаменовались развитием новых направлений в науке и технике, одними их которых стали нанотехнологии в различных отраслях промышленности и, в частности, в производстве материалов для электронной техники.

Доклад Б. Умурзакова был посвящен нанотехнологиям, их развитию в будущем. В докладе рассмотрены следующие основные вопросы: цели и задачи в области нанотехнологий, уникальные свойства наноразмерных структур, методы получения и изучения свойств наноразмерных материалов, развитие и достижения техники синтеза наноструктур, применяемых в электронике, энергетике, информационных технологиях, самолетостроении и др.

Ниже приводятся основные части доклада.

Развитие нанотехнологий в первую очередь связано с получением наноразмерных материалов: нанопленок, нанопроволок и наноточек. Уже сегодня в различных отраслях народного хозяйства используются наноструктурные кристаллы, жидкие кристаллы, фотонные кристаллы, нанотрубки, а также ультрадисперсные материалы. Например, общий объем реализуемых нанопорошков в 2006 году составлял более 25 тысяч тонн. В 2010 году общий объем производства, связанного с нанотехнологиями, составил около 1 триллиона долларов, из них 11 миллиардов долларов приходится на получение нанопорошков.

Для получения наноматериалов используются как традиционные, так и новые методы. Новые методы основаны в укладке атомов на кристаллической поверхности при помощи наноасамблера (зонда) зондовых нанотехнологических установок, в которых осуществляется захват атомов, координация их в необходимом месте и прикрепление к подложке. В настоящее время существуют нанофабрики (типа «нанофаб-100»), которые позволяют получить наноматериалы с заданными физико-химическими свойствами и на их основе производить элементы микро-, опто- и наноэлектроники, наномеханики (рис.1).

issled_19_09_2013_3

Рис. 1. НТК НАНОФАБ 100

В силу того, что нанотехнология — междисциплинарная наука, для проведения научных исследований используют те же методы, что и «классические» — биология, химия, физика. Одним из относительно новых методов исследований в области нанотехнологии является сканирующая зондовая микроскопия. В настоящее время в исследовательских лабораториях используются не только «классические» зондовые микроскопы, но и СЭМ в комплексе с оптическими, электронными микроскопами, спектрометрами комбинационного (рамановского) рассеяния и флюоресценции, ультрамикротомами (для получения трехмерной структуры материалов).

О развитии нанотехнологий в мире
В 2012 г. из федерального бюджета США было выделено 2,1 млрд. долларов на поддержку национальной программы развития нанотехнологий NNI. Эта цифра отражает ежегодно растущие инвестиции в американские нанотехнологии. Совокупные инвестиции в данную область за период 2001–2012 гг. составили 16,5 млрд. долларов. При этом в исследование потенциальных рисков нанообъектов для здоровья человека и окружающей среды уже вложено 575 млн. долларов. С 2005 г. суммарный вклад в образование и исследования этических, юридических и социальных аспектов нанотехнологий составил 390 млн. долларов.

США — не единственная страна, осознающая огромный потенциал нанотехнологий для развития экономики. Евросоюз и Япония уже инвестировали 1,7 млрд. и 950 млн. долларов соответственно в исследования и разработки в области нанотехнологий (таблица 2). Инвестиции Китая, Кореи и Тайваня составили 430 млн., 310 млн. и 110 млн. долларов соответственно

Финансирование наноразработок в мире в 2004 и 2012 г.г.

issled_19_09_2013_4

Уже сегодня наноматериалы успешно используются в различных областях промышленности, в том числе медицине, охране окружающей среды и других областях народного хозяйства. В частности, созданы наногенератор, способный преобразовать тепловые потери в электричество, нанотранзисторы и диоды, сенсоры, интегральные схемы, солнечные батареи, самолет на солнечных батареях, суперкомпьютеры, способные в одну секунду выполнять 1017 операций, квантовые компьютеры, эффективное ракетное топливо.

Заключение
В настоящее время на основе нанотехнологий производятся 15 000 видов материалов, а прибыль составляет примерно 1 трлн. долларов.

Нанотехнологии невозможно однозначно отнести к той или иной дисциплине: это сочетание фундаментального и прикладного аспектов различных разделов физики, химии и биологии. На сегодняшний день, несмотря на то, что научный мир лишь приоткрыл завесу тайны нанометровых масштабов, предложена масса практических применений, сделанных открытий.

Orphus system
В Telegram
В Одноклассники
ВКонтакте