Развитие нанотехнологий в России

Нанотехнология - это новая область науки и техники, которая активно развивается в течение последних нескольких десятилетий. Нанотехнология включает в себя создание и использование материалов, устройств и технических систем, функция которых определяется наноструктурой, то есть упорядоченными фрагментами размером от 1 до 100 нанометров.

Приставка «карлик», которая происходит от греческого языка («nanos» по-гречески - гном), означает миллиардную долю дроби. Нанометр (нм) составляет одну миллиардную часть метра.

Термин «нанотехнология» был введен в 1974 году Норио Танигучи, профессором материаловедения в Токийском университете. Он определил это как «производственную технологию, которая предлагает очень высокую точность и чрезвычайно малые размеры ... порядка 1 нм ...».

В мировой литературе нанонаука значительно отличается от нанотехнологий. Термин нанонаука (нанонаука) также используется для нанонауки [4, с.432].

В России и в практике российского законодательства и нормативных документов термин «нанотехнологии» объединяет «нанонауки», «нанотехнологии», а иногда даже «нанотехнологии» (коммерческий и производственный сектор, использующий нанотехнологии).

Важнейшим компонентом нанотехнологий являются наноматериалы, то есть материалы, необычные функциональные свойства которых определяются упорядоченной структурой их нанофрагментов от 1 до 100 нм.

В соответствии с рекомендацией 7-й Международной конференции по нанотехнологиям (Висбаден, 2004  г.) выделяются следующие типы наноматериалов:

• -    нанопористые структуры;

• -    наночастицы;

• -    нанотрубки и нановолокна

• -    нанодисперсии (коллоиды);

• -    наноструктурированные поверхности и пленки;

• -    нанокристаллы и нанокластеры.

Технология наносистем - полностью или частично созданная на основе функционально завершенных наноматериалов и нанотехнологий, систем и устройств, характеристики которых принципиально отличаются от характеристик систем и устройств с аналогичной целью, созданной с использованием традиционных технологий [5, с.352].

Нанотехнологии

Почти невозможно перечислить все области, в которых эта глобальная технология может существенно повлиять на технический прогресс. Вы можете назвать только несколько из них:

• -    элементы наноэлектроники и нанофотоники (полупроводниковые транзисторы и лазеры;

• -    фотодетекторы; Солнечные батареи; различные датчики);

• -    устройства записи сверхплотной информации;

• -    телекоммуникационные, информационные и вычислительные технологии; суперкомпьютеров;

• -    видеоаппаратура - плоские экраны, мониторы, видеопроекторы;

• -    молекулярные электронные устройства, включая переключатели и электронные схемы на молекулярном уровне;

• -    нанолитография и наноимпринтинг;

• -    топливные элементы и устройства накопления энергии;

• -    микро- и наномеханические устройства, в том числе молекулярные моторы и наномоторы, нанороботы;

• -    нанохимия и катализ, включая управление горением, нанесение покрытий, электрохимию и фармацевтику;

• -    применение в авиации, космосе и обороне;

• -    приборы мониторинга окружающей среды;

• -    адресная доставка лекарств и белков, биополимеры и заживление биологических тканей, клиническая и медицинская диагностика, создание искусственных мышц, костей, имплантация живых органов;

• -    биомеханика; геномика; биоинформатики; био-инструменты;

• -    регистрация и идентификация канцерогенных тканей, патогенов и биологически вредных веществ;

• -    безопасность в сельском хозяйстве и в производстве продуктов питания. После появления мощных электронных микроскопов ученым удалось визуально определить параметры микромира. Однако термин «нанотехнологии» в современном контексте был введен в 1974 году японским физиком Норио Танигучи.

Долгое время вопросы, связанные с нанотехнологиями, рассматривались исключительно на теоретическом уровне, но в 1998 году он нашел практическое применение. Именно тогда голландский ученый Сиз Деккер создал первый транзистор с нанотрубками. С тех пор началось активное использование нанотехнологий в различных областях науки и техники [1, с. 11].

Общий обзор состояния нанотехнологий в России

В отличие от стран западного мира, которые активно начали внедрять нанотехнологии в 90-х годах прошлого века, такие исследования в России начались примерно через 10 лет. Во многом это связано с тем, что наша страна переживает период существования и экономической нестабильности.

Кроме того, это было связано с отсутствием финансирования их проектов и общим отсутствием спроса.

Государство лишь обратило внимание на развитие этого направления в 2000 году. Однако его использование было предназначено для нужд оборонной промышленности. О нанотехнологиях как потенциальной отрасли в 2007 году. За этот период был принят ряд государственных программ.

В том же году была основана Российская корпорация нанотехнологий. Она является основным игроком в отрасли на данный момент. Задачами корпорации являются поддержка и софинансирование проектов в области нанотехнологий. Руководство ОАО «РОСНАНО» определило перечень приоритетных отраслей, развитие которых жизненно важно для отечественной экономики. Это включает в себя следующие области:

• •    пищевая промышленность;

• •    солнечная энергия;

• •    биотехнология;

• •    медицина;

• •    нано и оптоэлектроника;

• •    машиностроение.

• •    наноиндустриальные компании

Нанотехнологии имеют большое значение, что может быть применено в нескольких проектах, связанных с развитием инфраструктуры.

Сегодня распоряжением Правительства Российской Федерации от 7 июля 2011 года № 1192-Р действует реестр производителей товаров и услуг, связанных с наноиндустрией. На конец 2019 года этот список содержит более

700 компаний различных юридических форм с подтвержденным статусом.

Наиболее успешные фирмы, использующие нанотехнологии в производстве: ПАО «Микрон»; ООО «Ульяновский центр трансфера технологий»; АО «ФНПЦ «Алтай»; АО «Научно-производственное предприятие «Алтик»; АО «Научно-исследовательский институт физических измерений»; ОАО АХК «ВНИИМЕТМАШ»; ООО «Биосан»; ОАО «НПП КП «Квант»; НПК «Технологический центр МИЭТ»; АО «Инновационный центр «Буревестник» [3, с. 38].

В области электроники и оптоэлектроники - расширение возможностей радиолокационных систем за счет использования фазоуправляемых антенных решеток с малошумящими микроволновыми транзисторами на основе наноструктур и волоконно-оптических линий связи с увеличенной полосой пропускания с использованием фотоприемников и инжекционных лазеров на основе структур с квантовыми точками; Совершенствование систем контроля и управления тепловизионными изображениями на основе использования матричных фотоприемных устройств на основе нанотехнологий, которые характеризуются высоким температурным разрешением; Разработка мощных, экономичных инжекционных лазеров на основе наноструктур для накачки твердотельных лазеров для фемтосекундных систем.

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 живых объектов с элементами интеллект; адаптивное распределение управления функциональными системами, специализированные компоненты которых способны к самообучению и согласованным действиям для достижения цели.

В энергетическом секторе (включая атомную энергетику) наноматериалы используются для совершенствования технологии создания топливных и конструкционных элементов, повышения эффективности существующего оборудования и развития альтернативной энергетики (адсорбции и хранения водорода на основе углеродных наноструктур, увеличения в несколько раз эффективность использования солнечных элементов на основе процессов накопления и передачи энергии в неорганических и органических материалах с наноструктурой и кластернофрактальной структурой, разработка электрода с поверхностью, развитой на энергетической дорожке мембраны на основе водорода).

В сельском хозяйстве использование нанопрепаратов стероидного типа в сочетании с бактериородопсином показало значительное увеличение (в среднем в 1,5-2 раза) урожайности почти всех пищевых продуктов (картофель, крупы, овощи, фрукты и ягоды) и сельскохозяйственных культур. промышленные (хлопок, лен)., увеличивая его устойчивость к неблагоприятным климатическим условиям. Например, эксперименты с несколькими видами животных показали заметное увеличение их устойчивости к стрессу и инфекциям (смертность снижается в 2 раза по сравнению с группами контрольных животных), а продуктивность в 1,5-3 раза выше у всех аспекты.

В сфере здравоохранения нанотехнологии ускоряют разработку новых лекарств, создание высокоэффективных нанопрепаративных форм и методов доставки лекарств в очаг заболевания. Открывается широкая перспектива в области медицинской техники (разработка средств диагностики, нетравматических операций, создание искусственных органов). Общепризнанно, что рынок здравоохранения является одним из самых значительных в мире, в то же время он плохо структурирован и, в принципе, «не насыщен», а задачи, которые необходимо выполнить, носят гуманитарный характер.

В экологии перспективными направлениями являются использование фильтров и мембран на основе наноматериалов для очистки воды и воздуха, опреснение морской воды, а также использование различных датчиков для быстрого биохимического определения химических и биологических эффектов, синтез новых экологически чистых дружественные материалы, биосовместимые и биоразлагаемые полимеры, создание новых методов утилизации и переработки. Кроме того, перспектива использования нанопрепаративных форм на основе бактериородопсина является существенной. Исследования, проведенные на природных образцах почв, подвергшихся радиационному и химическому воздействию (в том числе на Чернобыльской АЭС), показали возможность восстановления их с помощью разработанных препаратов до естественного состояния микрофлоры и плодовитости через 2,5-3 месяца с радиационным повреждением и через 5-6 месяцев. месяцы с химическим. Нанотехнология - не самоцель и не закрытая отрасль, а лишь удобный, практичный и в большинстве случаев инновационный инструмент, не имеющий аналогов для достижения новых горизонтов в других отраслях. В некоторых случаях использование нанотехнологий приводит к появлению новых научных дисциплин и отраслей на стыке традиционных отраслей. В некоторых случаях можно говорить о появлении качественно нового уровня традиционных тенденций [2, с.384].

Ожидается, что нанотехнологии создадут новые материалы, которые превзойдут природные материалы с точки зрения прочности или эластичности, с рекордной проводимостью, а также сверхпроводимостью, создав новые качества, которые не могут существовать в однородных материалах. Однако пока доступны только идеи для создания таких материалов.

Основная надежда нанотехнологий:

• *    Расти наноструктуры, наноматериалы, нанообъекты снизу вверх.

• *    Первый ключ к нанотехнологиям:

• *    Самоорганизация;

• *    самообразование;

• *    самостоятельная сборка;

• *    Второй ключ - междисциплинарность

• *    Третий ключ - активный мониторинг и обслуживание.

В обозримом будущем наибольшее влияние нанотехнологий коснется аэрокосмической, полупроводниковой и оборонной промышленности; химия, электроника, производство медицинских товаров и оборудования, металлургия и энергетика.

Ключевые проблемы развития нанотехнологий в России

Анализ мирового опыта и разработка программ по новым научнотехническим направлениям указывают на необходимость ряда важных проблем при разработке наноматериалов и нанотехнологий.

Первая проблема - обеспечить максимальную эффективность в применении современных достижений. Необходимо влиять на экономику, технологии, производство, здравоохранение, экологию, образование, оборону и государственную безопасность.

Вторая проблема - повышение эффективности наноматериалов и нанотехнологий. На начальном этапе стоимость наноматериалов будет выше, чем у традиционных материалов. Требуется среднесрочное и долгосрочное финансирование НИОКР для наноматериалов и нанотехнологий с выбором способов реализации программ, включая объемы и источники финансирования. Государство заинтересовано в достижении перспективных направлений, поэтому необходимо взять на себя базовые затраты на фундаментальные и прикладные исследования, научные инновации.

Третья проблема - актуальная разработка новых промышленных технологий для производства наноматериалов, которые позволят России сохранить некоторые приоритеты в науке и производстве.

Четвертая проблема - обеспечение перехода от микротехнологии к нанотехнологии и привнесение развития нанотехнологии в промышленное производство, 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 - это создание финансово-экономического механизма для формирования оборотного капитала в учреждениях и предприятиях, разрабатывающих наноматериалы и нанотехнологии, а также развитие инфраструктуры для поддержки инноваций в этой области на всех ее этапах - от выполнения научно-технических разработки по продаже высокотехнологичной продукции.

Внешняя проблема - привлечение, подготовка и консолидация квалифицированных научных, инженерных и рабочих кадров для обновленного технологического комплекса Российской Федерации.

Для разработки 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, цели, направления, механизмы и формы деятельности государственных органов власти Российской Федерации по поддержке научно-технических разработок и использованию их результатов [4, с.42].

Таким образом, с наступлением нового тысячелетия началась эра нанотехнологий. Быстрое развитие компьютерных технологий, с одной стороны, будет стимулировать исследования в области нанотехнологий, с другой стороны, будет способствовать развитию наномашин. Нанотехнологии будут быстро развиваться в ближайшие десятилетия. Если человечество не создаст нанотехнологическое оружие, тогда есть реальный шанс выжить. И его ждет, если не безоблачное, очень светлое будущее в уютном мире, без проблем с окружающей средой. Жизнь на выживание станет приятной жизнью. Создание индустрии нанотехнологий будущего даст человечеству принципиально новый способ «выращивания» экологически безопасных продуктов из атомов и молекул, что поможет решить проблему экологического и энергетического кризиса. И разработка таких технологий, особенно на начальном этапе, не базируется на рынке, так как требует больших затрат с образованием, научными исследованиями и их технической реализацией.