Союз нанотехнологий и строительства часть 1

Результатом усилий Президента и руководства страны по переводу экономики России на инновационный путь развития стало создание Госкорпорации «Роснанотех» с мощным бюджетным финансированием в 130 миллиардов руб., гендиректором которой был назначен А. Чубайс. Утверждена Федеральная целевая программа на 2008–2010 гг., назначены головные организации отраслей по направлениям развития нанотехнологий. Министр образования и науки А. Фурсенко полагает, что Россия уже к 2015 г. сможет производить нанопродукции на сумму не менее триллиона рублей в год. Развитие нанотехнологий в России является одной из приоритетных задач и её решение, по мнению руководства страны, поможет преодолеть наше технологическое отставание.

Конец XX века можно назвать эпохой взрывного развития микротехнологий, включая цифровые технологии, наступивший же XXI век может стать эпохой развития нанотехнологий. Прогнозы ученых о значительном улучшении качества жизни за счёт ожидаемых прорывных достижений в области нанотехнологий вызвали взрыв интереса у так называемого венчурного капитала, крупных корпораций, филантропических, научных и правительственных организаций США и некоторых других стран. Прогнозируемая высокая отдача от вложений в передовую науку способствовала появлению значительных финансовых возможностей.

Так, например, национальная инициатива «Нанотехнология», запущенная в США, позволила предусмотреть (по данным журнала ENR) только в федеральном бюджете соответствующие государственные расходы на сумму $3,7 млрд на период до 2008 г., причем правительство США распределило эти деньги между правительственными организациями США, в т.ч. Национальным научным фондом, Министерством обороны, Министерством энергетики, Национальным институтом здравоохранения, Институтом стандартов и технологий и Министерством внутренней безопасности. Правительство США полагает, что эти инвестиции изменят наше понимание многих явлений на наноуровне и позволят полученные знания использовать, в первую очередь, для усовершенствования медицины, производственных процессов, создания высокотехнологичных материалов, информационных технологий, энергетики и защиты окружающей среды. Мировой рынок продуктов на базе нанотехнологий стремительно растёт и к 2015 г. он может со-

В.П. ТРАМБОВЕЦКИЙ Союз нанотехнологий и строительства. Часть 1 ставить, по прогнозам Национального научного фонда США, более $1 триллиона в год.

Для проведения исследований и разработок на наноуровне современная наука должна располагать и уже располагает соответствующим контрольно-измерительным и технологическим оборудованием, в том числе сканирующей туннельной, атомно-силовой и сканирующей зондовой микроскопией, нанопроцессорами, наноманипуляторами, нанокомпьютерами и другими уникальными приборами и оборудованием. Международными и региональными организациями по стандартизации разрабатываются и утверждаются соответствующие стандарты и методики испытаний.

Говоря об инновационном пути развития, интересно отметить, что единого толкования слова «инновация» до сих пор нет, что в ряде случаев приводит к путанице и недопониманию сути происходящих при этом процессов. В нашей каждодневной практике словом «инновация» весьма часто могут называть любое малозначимое усовершенствование технологического процесса или промышленного изделия, далеко не соответствующего мировому уровню. Энциклопедия «Википедия» слово «инновация» определяет как нововведение в области техники, технологии, организации труда или управления, основанное на использовании достижений науки и передового опыта. Таким образом, инновация – это такой процесс (или результат процесса), в котором используются частично или полностью охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности и обеспечивается выпуск патентоспособной продукции, товаров или услуг, по своему качеству соответствующих мировому уровню. На сегодняшний день в мире зарегистрировано уже около 10 тыс. нанопатентов, причем более 2 тыс. из них имеют правовую охрану в России.

Для принятия инновационных решений, основанных на изобретениях и ведущих к созданию оригинальных технологий и изделий мирового уровня, требуется наличие особой атмосферы и особого режима производства, когда поощряется принятие рискованных решений, но без наказания за возможные неудачи в этом деле. То есть, инновационные разработки могут и должны создаваться на уникальных производствах со структурой и режимом, практически противоположным структуре и режиму стандартного производства. Как известно, наиболее популярной формой таких организаций являются так называемые венчурные фирмы (с венчурным или рисковым капиталом), появивши-

В.П. ТРАМБОВЕЦКИЙ Союз нанотехнологий и строительства. Часть 1 еся и получившие распространение в США и некоторых других странах. Такие фирмы создаются при крупных производственных компаниях, располагаются они, как правило, в отдельных зданиях. Но чаще всего венчурные фирмы создаются и действуют самостоятельно.

Совершенно естественно, что для создания и отработки нанотехнологий требуются новейшие лабораторные корпуса и испытательные центры с уникальным оборудованием, где можно производить измерения геометрических размеров с точностью до нм и изготавливать изделия толщиной до нескольких молекул и площадью несколько нм2. Так, например, Национальный институт стандартов и технологии (NIST) в Гейтерсберге (США) завершил строительство корпуса нанотехнологий с лабораторией измерений стоимостью $175 млн, который, по мнению проектировщиков, является зданием с наиболее контролируемой в мире внутренней средой. Колебания температуры внутреннего воздуха не превышают ±0,01oC, уровень вибраций не выходит за пределы 2,5 мкм/сек, электропроводка в здании имеет особую изоляцию, предотвращающую воздействие электрических токов на проводимые эксперименты с точностью до нA и нВ, т.е. отсутствует электромагнитное загрязнение среды. Такие помещения получили название «clean rooms» (чистых помещений). Они становятся обязательной принадлежностью исследовательских центров, работающих на наноуровне. Некоторые нанотехнологические процессы требуют еще больших ограничений амплитуд колебаний порядка 1 мкм/сек или даже меньше. В лаборатории в Гейтерсберге в настоящее время с успехом ведутся работы по созданию добавок для бетона на основе наночастиц, существенно улучшающих вязкость смеси и вдвое повышающих долговечность бетонных конструкций.

Сегодня бетон является тем материалом, которому отдают предпочтение при сооружении чистых помещений. Изучение замечательных демпфирующих свойств бетона началось ещё в 30-х годах прошлого века, но разработке способов их улучшения, параллельно с модификацией прочности бетона и модуля упругости, достаточного внимания не уделялось. В настоящее время в Калифорнийском университете Беркли ведутся такие исследования, и в руках специалистов уже имеются определенные способы изменения демпфирующих свойств за счет введения специальных добавок (стирол-бутадиеновых латексов и растительных масел), изменения В/Ц, микроструктуры, некоторых видов заполнителей и арматуры.

В.П. ТРАМБОВЕЦКИЙ Союз нанотехнологий и строительства. Часть 1

Строительство и эксплуатация нанотехнологических центров и лабораторий осуществляется и другими правительственными организациями США, в т.ч. Министерством энергетики при широко известных национальных лабораториях в Сандиа, Лос Аламосе и ещё в пяти других местах страны. По заявлению руководства этого Министерства все подведомственные ему лаборатории хотят открыть свои наноподразделения, а некоторые их уже имеют. NASA финансирует работы в области нанотехнологий в университете Purdue и Массачусетском технологическом институте, причем последний финансируется также и Министерством обороны США на проведение поисковых исследований в области совершенствования на новейшей основе вооружения для армии. Национальный институт здравоохранения использует правительственные субсидии для изучения возможных способов действий современного биотерроризма и борьбы с ним. В рамках Министерства было потрачено $700 млн на создание 11 биотехнологических лабораторий по изучению способов борьбы с птичьим и свиным гриппом, сибирской язвой и другими вирусными заболеваниями. Пять подрядных организаций подали заявки на участие в торгах по строительству Национального био- и агрозащитного Центра в Канзасе стоимостью $523 млн, который будет управляться Министерством внутренней безопасности США и проводить исследования в области инфекционных заболеваний. Государственный университет Stony Brook в Нью Йорке приступил к строительству нового здания стоимостью $35 млн для факультета продвинутых исследований в энергетике, включая изучение топливных ячеек и биотоплива на основе нанотехнологий. Работать факультет будет в сотрудничестве с рядом расположенной знаменитой Брукхейвенской национальной лабораторией.

Проектирование и строительство исследовательских центров ХХI века существенно отличаются от практики прошлых лет. Новые центры должны обеспечивать возможность сотрудничества в одном месте специалистов разных профилей (физиков, биологов, медиков, механиков и других), обладать специализированными лабораториями и «чистыми помещениями» для проведения сложнейших экспериментов на субмолекулярном и наноуровне, создавать внутри зданий творческую атмосферу, включая наличие благоприятных рекреационных зон. «Создайте такие условия, и ученые сами придут к вам» – вот девиз современных американских архитекторов. Ключевым вопросом в проектировании является гибкость конструктивного решения здания, т.к.

В.П. ТРАМБОВЕЦКИЙ Союз нанотехнологий и строительства. Часть 1 будущие арендаторы или владельцы не всегда могут точно определить свои требования и, кроме того, сроки жизни большинства творческих коллективов и сроки проведения их исследований могут быть весьма короткими. «Если институт ведет одни и те же исследования в течение пяти и более лет, то это означает отсутствие у него прогресса», – говорят специалисты.

Организация лабораторного пространства имеет модульную систему с таким расположением всех вспомогательных устройств, которая позволяет передислокацию оборудования без излишних трудностей и дополнительных затрат (система «подключайся и начинай работать»). Однако такая система имеет и свои трудности и, в частности, если ранее первая стадия проектирования и строительства занимала, как правило, 3 года, то сегодня на эти же цели отводится всего лишь 2 года. На проектные решения большое влияние оказывает многопрофильность лаборатории. Междуэтажные перекрытия имеют значительные открытые площади для деловых и неформальных общений специалистов. Камеральные и лабораторные помещения соединяются вертикальными атриумами для облегчения коммуникаций. Нанотехнологические лабораторные здания являются крупными потребителями воды, воздуха и энергии, что делает их экологически небезопасными. Это обязательно должно учитываться при проектировании.

Уважаемые коллеги!

При использовании материала данной статьи просим делать библиографическую ссылку на неё:

Трамбовецкий В.П. Зарубежный опыт. Союз нанотехнологий и строитель-ства. Часть 1 // Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал. М.: ЦНТ «НаноСтроительство». 2009, Том 1, № 1. C. 60–65. URL: (дата обращения: _    _     _).

Dear colleagues!

The reference to this paper has the following citation format:

Trambovetsky V.P. Foreign experience. The Union of the nano-technologies and the construction. Part 1. Nanotechnologies in Construction: A Scientific Internet-Journal, Moscow, CNT «NanoStroitelstvo». 2009, Vol. 1, no. 1, pp. 60–65. Available at: (Accessed _____________). (In Russian).