Композитные наноматериалы Всероссийская научная школа для молодежи по

Композитные наноматериалы Всероссийская научная школа для молодежи по тематическому направлению развития нанотехнологической сети «Композиционные наноматериалы» Москва , 1 - 4 декабря 2009 года

Страница 2 Технологические уклады Технологический уклад – макроэкономический воспроизводственный контур, охватывающий все стадии переработки ресурсов и соответствующий тип непроизводственного потребления. В рамках одного технологического уклада осуществляется добыча первичных производственных ресурсов, прохождение всех стадий их переработки и выпуск набора конечных продуктов, удовлетворяющих соответствующему типу общественного потребления. Он может быть представлен как некий хозяйственный уровень, характеризующийся единым технологическим уровнем составляющих его производств, связанных между собой потоками качественно однородных ресурсов, опирающихся на ресурсы квалифицированной рабочей силы, научно-технический потенциал и т.д. Ядром технологического уклада является совокупность базисных технологических процессов, которые лежат в основе соответствующих технологических совокупностей (совокупностей технологически сопряженных производств) и связанных между собой определенными однотипными технологическими цепями. Определение «технологический уклад» основывается на теории длинных волн русского и советского ученого-экономиста Н.Д. Кондратьева (1892 – 1938 гг.). Кондратьев выдвинул идею существования больших экономических циклов продолжительностью 48-55 лет, в течение которых происходит смена запаса основных материальных благ. В результате этого мировые производительные силы переходят на более высокий уровень своего развития.

Страница 3 Смена технологических укладов первый технологический уклад «новых текстильных технологий» (1770-1830 гг.) сформировался на основе передовых технологий в текстильной промышленности, использовании энергии воды. Появляется паровой двигатель, что привело к развитию машиностроения и, в свою очередь, к появлению тяжелой промышленности. второй технологический уклад «технологий паровой энергетики» (1830-1880 гг.) характеризуется развитием железнодорожного транспорта и морских путей, механизацией производства. Основное производство концентрируется на производстве паровых двигателей, пароходов, паровозов. третий технологический уклад «технологий электроэнергетики» (1880-1930 гг.) основывается на использовании в промышленном производстве электроэнергии, развитии тяжелого машиностроения, электротехнической промышленности, внедряется радио и телеграф. Происходит развитие автомобиле- и самолетостроения. четвертый технологический уклад «нефтехимических технологий и энергетики двигателей внутреннего сгорания» (1930-1980 гг.) базируется на развитии энергетики, основанной на использовании нефти и нефтепродуктов, газа; средств связи; появлении и использовании синтетических материалов. Появляются и получают распространение компьютеры и программное обеспечение для них. пятый технологический уклад «технологий информатики и микроэлектроники» (1980 г. – 2020 гг.) основывается на передовых достижениях в областях микроэлектроники, информационных технологий, биотехнологий, генной инженерии, новых видов энергии, роботостроения, систем оптико-волоконной и космической связи, новых поколениях военной техники, плазменных, мембранных и малоотходных технологиях.

Страница 4 Переход к шестому технологическому укладу В настоящее время в мире в рамках 5-ого технологического уклада начинают складываться контуры нового 6-ого уклада (2030 – 2080 гг. по прогнозу), который характеризуется преобладанием биотехнологий, нанотехнологий и генной инженерии, мембранными и квантовыми технологиями, фотоникой, микромеханикой, термоядерной энергетикой. Схема технологических укладов в США, Японии и ЕС

Страница 5 Технологические уклады в России Схема технологических укладов в России В России шестой уклад еще не формируется, доля технологий пятого уклада (в военно-промышленном комплексе и космической промышленности) составляет примерно 10%, четвертого - 60%, третьего (преобладавшего в развитых странах в 20-е годы) - около 30%. Отсюда видно, что Россия отстает в этой области от промышленно развитых стран на 45-50 лет. Задача: войти в 6-й технологический уклад, фактически минуя 5-й. ПРИОРИТЕТНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ развития науки, технологии и техники в Российской Федерации науки о жизни индустрия наносистем рациональное природопользование информационно-телекоммуникационные системы транспортные, авиационные и космические системы энергоэффективность и энергосбережение

Страница 6 Направления технологического прорыва России В мае 2009 года создана Комиссия при Президенте Российской Федерации по модернизации и технологическому развитию экономики России. Председатель Комиссии – Президент Российской Федерации Д.А. Медведев Направления технологического прорыва России 2. Ядерные технологии 5. Стратегические информационные технологии, включая вопросы создания суперкомпьютеров и разработки программного обеспечения 4. Медицинские технологии, диагностическое оборудование, лекарственные средства 3. Космические технологии, прежде всего связанные с телекоммуникациями, включая ГЛОНАСС и наземную инфраструктуру 1. Энергоэффективность и энергосбережение, в том числе вопросы разработки новых видов топлива

Революционное воздействие наноматериалов и нанотехнологий на производственную и социальную сферы снижение материалоемкости снижение энергоемкости увеличение ресурса повышение надежности и безопасности экологичность ОСНОВНЫЕ ОТРАСЛИ ПРОИЗВОДСТВА СОЦИАЛЬНАЯ СФЕРА наноматериалы нанотехнологии -улучшение условий труда и отдыха -повышение эффективности здравоохранения -увеличение продолжитель- ности жизни рост экономического потенциала, конкурентоспособности и качества жизни энергетика транспорт добыча ресурсов строительство химия и машиностроение здравоохранение Страница 7 создание принципиально новых материалов создание квантового компьютера создание искусственного интеллекта прорыв в системах управления

Страница 8 Стратегия формирования научно-производственной нанотехнологической базы (США) исследования и разработки (1985 - 2010 гг) производители наночастиц и полупродуктов производители наноматериалов производители оборудования тесные контакты разработчиков и производителей активное применение наноматериалов программы МО (DARPA) программы NASA программы других ведомств (всего 10) НАНОНАУКА НАНОИНДУСТРИЯ университеты Ч А С Т Н Ы Й Б И З Н Е С ~50% Г О С . С Е К Т О Р ~50% программы и контракты (ПиК) ПиК ПиК

Страница 9 Наноматериалы - наноматериалы – 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; наносистемная техника – полностью или частично созданные на основе наноматериалов и нанотехнологий функционально законченные системы и устройства, характеристики которых кардинальным образом отличаются от показателей систем и устройств аналогичного назначения, созданных по традиционным технологиям; - наноиндустрия – вид деятельности по созданию продукции на основе нанотехнологий, наноматериалов и наносистемной техники.

Макро Мезо Микро Нано Атомно- молекулярный уровень СВОЙСТВА ПРИМЕНЕНИЯ Наличие «наноуровня» - необходимое (причем он всегда присутствует!), но недостаточное условие считать материал наноматериалом. Достаточным для этого является условие существенного влияния наноуровня на практически важные свойства. Страница 10

a Страница 11 Классификация наноматериалов Объемные (3D) наноструктурированные материалы, формируемые в результате термических, механических воздействий (металлы и сплавы с ультрамикрозернистой структурой, спинодальный распад в стеклообразных материалах или твердых растворах) или спекания предварительно компактируемых массивов наночастиц. Наноструктурированные планарные материалы 2D, включая тонкие и толстые пленки и покрытия, продукты нанопечатной литографии и самособирающиеся монослои. Наноструктурированные (1D) материалы, в том числе нанотрубки, нановолокна, наноагрегаты и нанопроволоки, формируемые из пересыщенных пара, раствора или в результате электрохимических процессов. Нанодисперсные (0D) материалы (нанопорошки, нанокристаллы, квантовые точки), получаемые в результате механического измельчения объемных объектов, путем кристаллизации пересыщенных систем (из пара, жидких фаз – водных и неводных растворов или расплавов), а также нанокластеры, создаваемые самосборкой или стабилизируемые благодаря разнообразным темплатам. Нанокомпозиты, состоящие из мезопористой матрицы с 1D - каналами или 2D - слоями, заполненными нанофазой, нитевидными нанокристаллами, нанотрубками и наночастицами, распределенными в полимерной, металлической или керамической матрице. Супрамолекулярные материалы, формируемые из более простых молекул с целью создания молекулярных устройств или машин, имитирующих биологические процессы в живых организмах.

a Страница 12 Классификация наноматериалов Объемные (3D) наноструктурированные материалы: металлы и сплавы с ультрамикрозернистой структурой, нанокерамика Наноструктурированные планарные материалы 2D:пленки и покрытия, нанопечатная литография, самособирающиеся монослои Наноструктурированные (1D):нанотрубки, нановолокна, наноагрегаты и нанопроволоки Нанодисперсные (0D) материалы:нанопорошки, нанокристаллы, квантовые точки Нанокомпозиты: наноструктурированные матрицы, наночастицы в керамической, металлической или полимерной матрице Супрамолекулярные материалы

Направления фундаментальных и фундаментально-ориентированных исследований наноматериалов Физико-химические, химические, физические и механо-химические особенностей наноструктур, включая влияния размерного фактора, анизотропии, морфологии наноструктур (полупроводниковые наноструктуры, фотонные кристаллы, магнитные наноструктуры, молекулярные наноструктуры, фуллереноподобные образования). Создание научных основ получения наноматериалов, включая процессы самосборки и самоорганизации. Исследование взаимодействий в ансамблях наночастиц и наноматериалах. Моделирование наноматериалов и процессов их формирования. Исследования наномасштабных явлений и процессов: Страница 13

Страница 14 Фундаментальные направления исследований Фундаментальные особенности наносостояния, включая влияние размерного фактора, анизотропии и размерности, морфологические и структурные особенности наноструктур Новые подходы к созданию наноматериалов, включая процессы самосборки и самоорганизации Исследование взаимодействий в ансамблях наночастиц Моделирование наноматериалов и процессов их формирования

Страница 15 Конструкционные наноматериалы и наноматериалы со специальными свойствами Наноструктурные наполнители, упрочнители и волокна для наноматериалов и композитов конструкционного назначения (фуллерены, нанотрубки, астралены). Технологии их получения, очистки, модифицирования, диспергации и т.п. Полимерные конструкционные нанокомпозиты, модифицированные и упрочняемые за счет введения или прививки наночастиц, в том числе и функциональных, обеспечивающих изменение структуры матрицы, приводящие к качественному изменению конструкционных и эксплуатационных свойств. Наноструктурные защитные покрытия: тепло-, звуко-, молниезащитные, лакокрасочные, вибропоглощающие и коррозионностойкие. Высотемпературные конструкционные композиционные материалы на основе наноструктурированной керамики. Физико-химические методы исследования, диагностики и контроля качества наноматериалов, нанокомпозитов конструкционного, специального и функционального назначения. Наноматериалы функционального назначения со специальными физическими свойствами (поглощающие, отражающие или пропускающие излучения различной природы).

Страница 16 Номенклатура и стоимость наноразмерных модификаторов и компаундов

Страница 17 Использование нанотехнологий в гражданской авиации покрытия фюзеляжа и крыла бортовое радиоэлектронное оборудование интерьер салона двигатель