1 Академик РАЕН д т н

1

Академик РАЕН, д. т. н. , профессор А. Н. Обливин К. т. н. , доцент М. В. Лопатников ПРИОРИТЕТНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО НАНОМАТЕРИАЛАМ И НАНОТЕХНОЛОГИЯМ В ИНТЕРЕСАХ ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА ГОУ ВПО МГУЛ Мытищи 2014 г.

Основные направлении развития научного прогресса «Наша цель - не создать в России только несколько крупных предприятий, производящих высокотехнологичную продукцию, а организовать полноценную нанотехнологическую отрасль» Д. А. Медведев, Президент Российской Федерации. Закрытие Третьего Международного Форума по нанотехнологиям, 3 ноября 2010 г. «Наша посткризисная экономика должна базироваться на знаниях, должна базироваться на инновационных технологиях, а не на сырьевых возможностях России» . Д. А. Медведев, Президент Российской Федерации. Открытие Второго Международного Форума по нанотехнологиям, 6 октября 2009 г. 3

Место нанотехнологии среди остальных отраслей знаний на логарифмической шкале размеров 4

Что такое нанотехнологии? Основные термины. þ Нано… (греч. νаνος – карлик) – приставка для образования наименования дольных единиц, равных одной миллиардной доле исходных единиц. Обозначения: русское – н, международное – n. Пример: 1 нм (нанометр) = 10– 9 м = 10 ангстрем). þ Наноматериал – материал, содержащий структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и благодаря этому обладающий качественно новыми свойствами, в том числе заданными функциональными и эксплуатационными характеристиками. þ Нанотехнология (по Танигучи) – процесс разделения, сборки и изменения свойств материалов путем воздействия на них одним атомом или одной молекулой вещества. þ Нанотехнология молекулярная (по Дрекслеру) – совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие в себя компоненты размерами менее 100 нм хотя бы в одном измерении и в результате получившие принципиально новые качества, позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба; в более широком смысле – методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов. þ Нанотехнология инкрементная (англ. increment – возрастание, инкрементная увеличение) – технологии, касающиеся значительного усовершенствования существующих продуктов за счет применения наноматериалов. þ Нанотехнология прикладная – рассматривает задачи и конкретные способы практического применения (реализации) нанотехнологий для нужд 5 человечества.

Что такое нанотехнологии? Основные термины. þ þ þ Нанотехнология — междисциплинарная область фундаментальной и Нанотехнология прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомарной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами. (Випедия ) Випедия Нанотехнологией называется междисциплинарная область науки, в которой Нанотехнологией изучаются закономерности физико-химических процессов в пространственных областях нанометровых размеров с целью управления отдельными атомами, молекулами, молекулярными системами при создании новых молекул, наноструктур, наноустройств и материалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами. (Г. Г. Еленин МГУ, Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН) прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН Нанотехнология – совокупность методов и приёмов, обеспечивающих Нанотехнология возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, хотя бы в одном измерении, и в результате этого получившие принципиально новые качества, позволяющие осуществить их интеграцию в полноценно функционирующие системы большого масштаба; в более широком смысле этот термин охватывает также методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов. (Федеральное Агентство по науке и инновациям в «Концепции развития в РФ работ в области нанотехнологий до 2010 года» ) развития в РФ работ в области нанотехнологий до 2010 года» 6

Что такое нанотехнологии? 7

История развития нанонауки В начале XX века коллоиды изучали такие знаменитости, как Д. У. Рэлей, Д. К. Максвелл, А. Энштейн. В это же время в США и Германии стали получать субмикронные порошки с использованием электрической дуги, плазмы, газовой конденсации. В 50 -е годы XX века в России (СССР) сложилось научно-техническое направление по получению и изучению свойств ультрадисперсных материалов. На предприятиях атомной промышленности впервые в мире были получены порошки металлов с размерами частиц менее 100 нм (для изготовления высокопористых мембран). 29 декабря 1959 года Ричард Фейнман, лауреат Нобелевской премии по физике за 1965 год, высказал идею построения малых объектов на атомном уровне, в своём известном выступлении «Как много места там, внизу» . В 60 -е годы в Институте физической химии АН СССР был разработан левитационный метод получения ультрадисперсных порошков. В 70 -е годы появилось большое количество новых методов получения ультрадисперсных материалов, в том числе с помощью электрического взрыва проводников и плазмохимического синтеза. В 1980 году были проведены исследования кластеров, содержащих менее 100 атомов. В 1985 году Ричард Смолли с группой сотрудников нашли спектрографическое подтверждение существования нового класса наноразмерных сред – фуллеренов. В 1985 году Эрик Дрекслер, ученик Р. Фейнмана, опубликовал книгу «Машины созидания: приход эры нанотехнологии» . В 1989 году в компании IBM на поверхности монокристалла никеля была сложена аббревиатура фирмы из 35 ксеноновых атомов. В 80 -е и 90 -е годы в исследовании свойств ультрадисперсных материалов принимало участие более 30 вузов СССР. Многие коллективы и по настоящее время продолжают исследования. 8

История развития нанонауки В 1991 году Сумио Ииджима сообщил об исследовании углеродно-графитовых трубчатых нитей. 1998 г. Сиз Деккер, голландский профессор Технического университета г. Делфтса, создал транзистор на основе нанотрубок, используя их в качестве молекул и первыми в мире измерили электрическую проводимость такой молекулы. Появились технологии создания нанотрубок длиной 300 нм. 1999 г. Американские ученые - профессор физики Марк Рид (Йельский университет) и профессор химии Джеймс Тур (Райсский университет) - разработали единые принципы манипуляции как одной молекулой, так и их цепочкой. 2000 г. Ж. И. Алферов, Г. Кремер, Дж. Килби – получили Нобелевскую премию за работы по созданию полупроводниковых гетероструктур и интегральных схем. Немецкий физик Франц Гиссибл разглядел в кремнии субатомные частицы. Его коллега Роберт Магерле предложил технологию нанотомографии - создания трехмерной картины строения вещества с разрешением 100 нм. 2002 г. Сиз Деккер соединил углеродную трубку с ДНК, получив единый наномеханизм. 2003 г. Профессор Фенг Лью из университета Юты, используя наработки Франца Гиссибла, с помощью атомного микроскопа построил образы орбит электронов путем анализа их возмущения при движении вокруг ядра. 2004 г. В Манчестерском университете создан материал графен, который может служить подложкой для создания алмазных механосинтетических устройств. В Стенфордском университете создали транзистор из одностенных углеродных нанотрубок, размером 3 нм в длину и 2 нм в ширину. Нанотрубки играли роль электродов, а помещенный между ними органический материал - полупроводника. Администрация США поддержала “Национальную наномедицинскую инициативу” 2005 г. В компания Intel создали прототип процессора размером около 65 нм. В лаборатории Бостонского университета была получена антенна-осциллятор размерами порядка 1 мкм. 2010 г. Константин Новоселов и Андрей (Андре) Гейм получили Нобелевскую премию за по физике 2010 за создание графена. Исследования продолжаются. 9

История развития нанонауки Лауреат Нобелевской премии Альберт Энштейн X Основоположник нанотехнологии, лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман X ЕК В Открыватель фуллеренов, лауреат Нобелевской премии Ричард Эратт Смолли Жорес Алферов лауреат Нобелевской премии по физике (2000) за развитие полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростной оптоэлектроники Основоположник молекулярной нанотехнологии Ким Эрик Дрекслер, автор книги «Машины созидания: грядущая эра нанотехнологии» X XI В ЕК Константин Новоселов и Андрей (Андре) Гейм Нобелевская премия по физике 2010 за создание графена Первооткрыв атель углеродных нанотрубок, лауреат Нобелевской премии Сумио Ииджима 10

Перспективы развития нанонауки 11

Области использования нанотехнологий q В машиностроении q В двигателестроении и автомобильной промышленности q В электронике и оптоэлектронике q В информатике q В энергетике (в том числе атомной) q В сельском и лесном хозяйстве q В здравоохранении q В экологии и т. д. 12

Производство наноматериалов и использование нанотехнологий 13

Производство наноматериалов и использование нанотехнологий 14

Производство наноматериалов и использование нанотехнологий 15

Производство наноматериалов и использование нанотехнологий 16

Производство наноматериалов и использование нанотехнологий 17

Производство наноматериалов и использование нанотехнологий 18

Производство наноматериалов и использование нанотехнологий 19

3 -й Международный форум по нанотехнологиям РОСНАНОТЕХ 2010 20

3 -й Международный форум по нанотехнологиям РОСНАНОТЕХ 2010 21

3 -й Международный форум по нанотехнологиям РОСНАНОТЕХ 2010 22

3 -й Международный форум по нанотехнологиям РОСНАНОТЕХ 2010 Основные направления развития нанотехнологий в России до 2015 г. (из выступления А. Б. Чубайса на пленарном заседании): Светодиоды Умный магазин Электроника Солнечная энергетика 23

3 -й Международный форум по нанотехнологиям РОСНАНОТЕХ 2010 Основные направления развития нанотехнологий в России до 2015 г. (из выступления А. Б. Чубайса на пленарном заседании): Нанопокрытия и тонкие пленки Медицина и фармацевтика Лазеростроение Углеродные нанотрубки, графен, фуллерен 24

Форсайт (прогноз) наиболее перспективных исследований в области нанотехнологий Цель исследования Целью построения прогноза (Форсайта) является определение наиболее перспективных направлений развития рынков сферы нанотехнологий на средне- и долгосрочный период (до 2030 г. ) и формирование на этой основе перечня продуктовых групп, обладающих наивысшим инновационным и рыночным потенциалом Методика исследования 1. Анализ специализированных информационных источников 2. Специальные исследования ГУ-ВШЭ по вопроса готовности населения к инновациям 3. Экспертные процедуры - консультации и углубленные интервью с экспертами высокого уровня - опрос экспертов с целью формирования количественных оценок - экспертная валидация промежуточных и итоговых результатов работы с привлечением отечественных и зарубежных специалистов высокого уровня 25

Форсайт (прогноз) наиболее перспективных исследований в области нанотехнологий Перечень технологических отраслей 1. Датчики и сенсоры 2. Жидкие среды 3. Катализаторы 4. Керамические материалы 5. Композиты 6. Кристаллические структуры 7. Машины, механизмы и устройства 8. Металлы и сплавы 9. Покрытия и плёнки 10. Полимеры 11. Сорбенты, ионообменные материалы, мембраны и фильтры 12. Технологии живых систем 13. Электроника 26

Форсайт (прогноз) наиболее перспективных исследований в области нанотехнологий Перечень областей применения продуктов, связанных с нанотехнологиями 1. Авиакосмическая техника и инфраструктура 2. Автотранспортные средства и дорожная инфраструктура 3. Бытовая химия и парфюмерия 4. Бытовые приборы и техника для сферы услуг 5. Водный транспорт (суда и портовая инфраструктура) 6. Вычислительная и офисная техника 7. Железнодорожный транспорт (подвижной состав и дорожное хозяйство) 8. Жилищно-коммунальное хозяйство 9. Лесопромышленный комплекс 10. Медицинское оборудование и материалы 11. Нефтегазопереработка и нефтехимия 12. Оборудование для добывающей и обрабатывающей промышленности 13. Осветительное оборудование 14. Продукты питания и напитки 15. Сельское хозяйство 16. Спортивные товары 17. Строительный комплекс 18. Текстильные изделия из кожи 19. Фармацевтика 27 20. Электроника и средства связи 21. Электроэнергетика

Форсайт (прогноз) наиболее перспективных исследований в области нанотехнологий Перечень кластеров Под кластером в рамках настоящего исследования понимается группа взаимосвязанных продуктов, объединенных одним или несколькими перечисленными признаками: -единая технологическая область -схожие функциональные свойства -схожие области применения 1. Газовые сенсоры 2. Оптические системы точного позиционирования 3. Датчики электромагнитного, ИК, терагерцового излучения 4. Высокопрочные композиционные полимерные наноматериалы 5. Высокопрочные керамические наноматериалы 6. Высокопрочные наноструктурированные металлы и сплавы 7. Износостойкие композиционные полимерные наноматериалы 8. Износостойкие керамические наноматериалы 9. Износостойкие нанопокрытия 10. Антикоррозионные композиционные полимерные нанопокрытия 11. Гидрофобные композиционные полимерные нанопокрытия 12. Термостойкие композиционные полимерные наноматериалы и покрытия 13. Термостойкие керамические наноматериалы 14. Термостойкие наноструктурированные металлы и сплавы 15. Теплоизоляционные композиционные полимерные наноматериалы 16. Звуко- и теплоизоляционные керамические наноматериалы 17. Эластомерные материалы с полифункциональными характеристиками 18. Радиопоглощающие композитные нанопокрытия 19. Диэлектрические полимерные наноматериалы 20. Магнитные наножидкости 28

Форсайт (прогноз) наиболее перспективных исследований в области нанотехнологий Перечень кластеров Под кластером в рамках настоящего исследования понимается группа взаимосвязанных продуктов, объединенных одним или несколькими перечисленными признаками: -единая технологическая область -схожие функциональные свойства -схожие области применения 21. Светоизлучающие нанопокрытия 22. Атомная энергетика 23. Наноматериалы для источников энергии (в том числе топливных элементов) и высокоэнергетических процессов 24. Солнечные элементы 25. Сверхпроводящие материалы 26. Наноматериалы для применения в прозрачной гибкой электронике 27. Нанокомпозиционные провода для электронного и электротехнического оборудования 28 Излучатели (в том числе лазеры) на основе наногетероструктур 29 Сенсоры и метки для медицинской диагностики 30. Наноструктурированные биосовместимые материалы для медицины и косметологии 31. Наномембраны для очистки физиологических и других лекарственных растворов 32. Биологически активные вещества и их носители 33. Наноматериалы для хранения пищевых продуктов 34. Наноматериалы для повышения урожайности сельскохозяйственных культур 35. Нефте-, газодобыча и переработка 35. Катализаторы для химической, нефтехимической промышленности и энергетики 37. Высокодисперсные прекурсоры для получения керамики 38. Оборудование для нанодиагностики 39. Системы водоочистки и водоподготовки 40. Текстильные изделия с особыми свойствами на основе полимерных наноматериалов 29

Кластер 4: Высокопрочные композиционные полимерные наноматериалы № Наименование продукта 1 высокопрочные, высокомодульные нити, жгуты, ткани с заданной наноструктурой для производства элементов конструкции самолетов, компонентов реактивных двигателей, элементов конструкции ракет и космических станций и изделий из конструкционных теплостойких композитов, с целью увеличения прочностных свойств деталей до 1, 5 раз 2 высокотемпературный синтез композитов на основе углеродных нанотрубок и графена с целью увеличения их прочности до 1, 3 раза 3 конструкционные гибридные органо-неорганические композиционные материалы на основе эпоксиполимерной матрицы и нанодисперсных модифицирующих компонентов, обладающие повышенной теплостойкостью и увеличивающие прочность изделий в 1, 5 раза 4 конструкционные наноструктурные керамические и композиционные материалы на базе эвтектических составов AL 2 O 3–Zr. O 2 и AL 2 O 3 – Hf. O 2, обеспечивающие повышенную прочность (до 1, 5 раз) агрегатов, работающих в условиях высоких температур 5 полимерные композиционные материалы для изготовления авиационных конструкций горячим формованием из препрегов, наполненных углеродными наночастицами (УНТ, фуллеренами), обеспечивающие повышение прочности изделий до 1, 5 раз 6 полимерные материалы, наполненные наночастицами, в том числе функционализированными, обеспечивающие изменение структуры матрицы и приводящие к существенному улучшению эксплуатационных характеристик 7 композиционные материалы углерод-металл и углерод-углерод для технологии изготовления конструкции из материала, создающегося по условиям нагружения конструкции 8 высокопрочные смеси на основе наноструктурированных конструкционных полимеров с температурой стеклования выше 180°С для изготовления корпусов техники 9 конструкционные полимерные нанокомпозиционные материалы, произведенные с использованием намоточного или выкладываемого метода с автоклавной или прессовой полимеризацией, с улучшенными (в 1, 5– 2 раза) характеристиками для изготовления корпусов ракетной и космической техники 10 полимерные композиционные материалы с добавлением малого количества (до 2%) углеродных наночастиц (УНТ, фуллеренов) для применения при изготовлении авиационных конструкций горячим формованием из препрегов 11 углепластики на основе высокомодульных и высокопрочных волокон и модифицированных полимерных связующих, произведенные с использованием технологий плетения углеволокна из углеродных нанотрубок, для производства лопастей вертолетов 12 роторы для газовых центрифуг из углеволокна 13 элементы систем физической защиты АЭС на основе нанотехнологий 30

Кластер 7: Износостойкие композиционные полимерные наноматериалы № Наименование продукта 1 износостойкие наноструктурированные композиционные материалы, полученные с использованием специальной порошковой заготовки, для деталей машин и механизмов, работающих в условиях интенсивного абразивного износа 2 композиты, армированные углеродными нановолокнами и фуллеренами, для упрочнения и значительного уменьшения коэффициента трения узлов деталей изделий 3 подшипники, содержащие наноразмерные модифицирующие добавки, с увеличенным в 1, 5 раза сроком службы для различной техники (дорожно-строительная техника, направляющие аппараты гидротурбин, валы насосов поддержания пластового давления на нефтяных месторождениях и т. п. ) 4 ремонтные композиционные материалы с наполнителями из наночастиц для восстановления литейных дефектов, коррозионного, а также абразивного износов деталей различного назначения 5 сепараторы высокотемпературных подшипников качения, способных работать без смазки в агрессивных средах, с использованием самосмазывающегося композиционного материала в системе Si 3 N 4–BN из порошков с наноразмерной фракцией, обеспечивающие низкие коэффициенты трения 6 конструкционные и функциональные изотропные металлические композиционные материалы на алюминиевой, титановой, медной, магниевой матрице, армированной нанопорошками (нановолокнами, квазикристаллами), позволяющие снизить шум и эмиссию на 25– 30% 7 подшипники дорожно-строительной техники на основе полиэдральных многослойных углеродных наноструктур фуллероидного типа со средним размером частиц 60– 200 нм (астралены), ультрадисперсных фторопластов с размером частиц до 100 нм, а также высокодисперсных металлических порошков никеля, меди, баббита 31

Кластер 12: Термостойкие композиционные полимерные наноматериалы и покрытия № Наименование продукта 1 композиционные наноструктурированные интерметаллидные защитные покрытия узлов трения деталей машин для эксплуатации в условиях повышенных температур и давлений 2 конструкционные гибридные органо-неорганические композиционные материалы на основе эпоксиполимерной матрицы и нанодисперсных модифицирующих компонентов, обладающие повышенной теплостойкостью и увеличивающие прочность изделий в 1, 5 раза 3 конструкционные наноструктурные керамические и композиционные материалы на базе эвтектических составов AL 2 O 3–Zr. O 2 и AL 2 O 3 – Hf. O 2, обеспечивающие повышенную прочность (до 1, 5 раз) агрегатов, работающих в условиях высоких температур 4 наноразмерные стабилизаторы и модификаторы полимерных покрытий, эластомерных композиций, полимерных жидкостей и смазочных композиций, позволяющие повысить температуры эксплуатации оборудования и техники 5 углеволокнистые композиты с металлической матрицей для производства изделий из конструкционных теплостойких композитов 6 композиционные интерметаллидные и наноструктурированные упрочняющие и защитные покрытия для эксплуатации (лопаток турбин и т. п. ) при температурах выше 1000°С в агрессивных окислительных средах 7 углеволокнистые композиционные материалы с металлической матрицей на основе высокопрочных, высокомодульных нитей с заданной наноструктурой для производства теплостойких изделий и констрций 8 высокомодульные и высокопрочные борные и карбидо-кремниевые волокна с заданной наноструктурой для производства компонентов реактивных двигателей, элементов конструкции ракет и спутников, а также изделий из конструкционных теплостойких материалов 9 высокопрочные (200– 250 ГПа) и высокомодульные (300– 700 ГПа) углеродные материалы с заданной наноструктурой, обеспечивающей высокую прочность при растяжении и сжатии, высокую жесткость, низкую плотность, для производства элементов конструкций (строительных, автомобилей, самолетов, ракет, космических станций) 10 нанокомпозиционные полимерные материалы для гибких теплозащитных покрытий с рабочими 32

Кластер 12: Термостойкие композиционные полимерные наноматериалы и покрытия № Наименование продукта 11 негорючие нанокомпозиты на полимерной основе с кислородным индексом не менее 40% для изготовления огнезащитных материалов 12 шумоизоляционный теплостойкий полимерный нанокомпозит 13 высокочастотные индукционные плазмотроны для нанесения наноструктурированных покрытий и пленок различного состава и назначения 14 гибкие терморегулирующие покрытия класса «Солнечный отражатель» , произведенные по технологиям магнетронного ионного распыления и электронно-лучевого напыления 15 жаростойкие (огнезащитные) полимерные покрытия, включающие наноразмерные добавки, позволяющие сохранять работоспособность металлических конструкций под воздействием прямого огня не менее 2, 5 часов 16 радиопрозрачное терморегулирующее покрытие для гражданской авиации 17 высокочастотные индукционные плазмотроны для: (а) синтеза наноразмерных углеродных материалов, (б) получения нано- и ультрамелкодисперсных металлических и керамических порошковых материалов, (в) низкоразмерных наноструктурированных покрытий и пленок различного состава и назначения 18 нанопокрытие для нагревательных котлов, позволяющее в 30 раз увеличить их эффективность 19 технология лазерного фотосинтеза металлоуглеродных наночастиц и нанопокрытий (метод с использованием ультрафиолетовой фотодиссоциации газообразных прекурсоров) с низкими энергетическими затратами, широким спектром и высокой контролируемостью параметров процесса 20 тонкопленочные электронагреватели с наноструктурным резистивным слоем (вакуумным ионноплазменным наноструктурным покрытием, нанесенным на высокоинертную полиамидную пленку) для терморегулирования бортовой аппаратуры 21 установка вакуумного нанесения терморегулирующих покрытий класса «Солнечный отражатель» 33

Кластер 15: Теплоизоляционные композиционные полимерные наноматериалы № Наименование продукта 1 конструкционные гибридные органо-неорганические композиционные материалы на основе полимерной матрицы и нанодисперсных модифицирующих компонентов с высокой теплостойкостью в качестве элементов теплоизоляции 2 нанокомпозиционные полимерные покрытия для теплоизоляции трубопроводов Кластер 34: Наноматериалы для повышения урожайности сельскохозяйственных культур № Наименование продукта 1 функциональные биоразлагаемые полимерные наноматериалы с регулируемой структурой на основе полипептидов для покрытий семян, обеспечивающих «стрессоустойчивость» и повышение урожайности 2 нанопористые пленки на поверхности семян, позволяющие повысить урожайность на 10 -12% 3 светотрансформирующие нанопленки, позволяющие увеличить урожайность овощных культур в 1, 5 раза, повысить механическую прочность полотна агропленки в 1, 5 -1, 7 раза, эффективность преобразования солнечного света в 1, 5– 2 раза 34

Научные исследования по наноматериалам и нанотехнологиям в интересах лесного комплекса Конструкционные композиты на основе эпоксидно-диановых смол (материал Таунит) ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» а) б) Результаты испытания образцов: а – на сжатие; б – на изгиб; 1 – (ЭД-20 + УНТ); 2 – (ЭД-20 + УНТ + УЗ) Установлено, что: üсоздание композитов, модифицированных УНТ, требует их обязательного предварительного активирования (УЗ) в смеси с органическими растворителями; üобласть оптимальных концентраций УНТ в композите лежит в диапазоне 0, 4 -0, 8 % масс. ; üувеличение объема содержания УНТ выше 1 % масс. ведет к существенному снижению прочности композита; üприменение в качестве наполнителя УНТ в композитах на основе ЭД-20 позволяет существенно в 1, 5 -2, 0 раза увеличить их прочностные характеристики. 35

Научные исследования по наноматериалам и нанотехнологиям в интересах лесного комплекса Новый регулятор роста Nano-Stim: стимуляция регенерации ткани на поврежденных деревесных растениях Новый регулятор роста Nano-Stim и его производные: эффект применения при воспроизводстве посадочного материалов многолетних древесных растений 36

Научные исследования по наноматериалам и нанотехнологиям в интересах лесного комплекса Опыты УГБС РАН по испытанию препарата NANO-Gro с целью ускорения роста черенков и воспроизводства посадочного материала древесных декоративных растений 37

Научные исследования по наноматериалам и нанотехнологиям в интересах лесного комплекса Использование нанокристаллической целлюлозы для модификации древесины ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» и ЭФКО-НТ 38

Научные исследования по наноматериалам и нанотехнологиям в интересах лесного комплекса Использование нанокристаллической целлюлозы в клеевых изделиях из модифицированной древесины ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» и ЭФКО-НТ 39

Научные исследования по наноматериалам и нанотехнологиям в интересах лесного комплекса Использование нанокристаллической целлюлозы для производства бумаги ОАО «ЦНИИБ» и ЭФКО-НТ 40

Нанотехнологическая перспектива финского лесопромышленного комплекса – обновление путем новой рентабельности, рынков и сфер роста l Наноматериалы на базе древесины l Поверхностная модификация волокон и пигментов l Повышение качества облицовки бумаги l Наноцеллюлозные материалы l Новые наноматериалы на био-основе для применения в глубокой переработке l Производственные нанотехнологии l Чистые рабочие поверхности оборудования l Нанофильтрация l Наноматериалы на основе древесины из биопереработки l Новые технологии формования бумаги для наноматериалов l Интеллектуальные решения для клиентов l Защитные поверхности (пламя, ультрафиолет, бактерии, гигиена, . . . ) l Утилизуемые барьерные нанопокрытия l Технологии печати l Определение происхождения, отслеживаемость l Биоактивная бумага Директор направления лесоперерабатывающая и химическая промышленность агентства «ТЕКЕС» Я. ХЕЙНОНЕН Source: Tekes Fin. Nano Forest Cluster Thematic Group, Updated Vision 2008 Copyright © Tekes and Spinverse Ltd 2009

Основные направления научных исследований в области нанотехнологий в лесном комплексе Научные направления исследований МГУЛ научно-образовательный центр НАНОТЕХНОЛОГИИ В ЛЕСНОМ КОМПЛЕКСЕ Научный руководитель Научные Биолого-почвенные наносистемы ИСПОЛНИТЕЛИ ·кафедра селекции, генетики и дендрологии, ·кафедра почвоведения, ·кафедра лесных культур, ·кафедра химии и биотехнологии лесного комплекса. направления Ученый секретарь исследований Нанотехнологии композитов с использованием древесины Разработка новых типов датчиков и устройств для контроля и управления системами различного назначения ИСПОЛНИТЕЛИ ·кафедра химии и биотехнологии л/к, ·химической технологии древесины и полимеров, ·кафедра процессов и аппаратов д/о производств, ·кафедра технологии древесных пластиков и плит, ·кафедра древесиноведения, ·кафедра технологии мебели и изделий из древесины, ·кафедра технологии машиностроения и ремонта ·кафедра физики, ·кафедра проектирования и технологии производства приборов 42

Основные направления научных исследований в области нанотехнологий в лесном комплексе Научные направления исследований МГУЛ Биолого-почвенные наносистемы Нанотехнологии композитов с использованием древесины Наноинженерия в лесном машиностроении и техническом сервисе Разработка новых типов датчиков и устройств для контроля и управления системами различного назначения 43

Основные направления научных исследований в области нанотехнологий в лесном комплексе. Биолого-почвенные наносистемы. Научные направления исследований МГУЛ Применение нанотехнологий для ускоренного искусственного разведения древесных лесообразующих растений с высокодекоративной древесиной Микропленочное покрытие семян кедровых сосен (сибирской, корейской) перед их длительным хранением Определение фазового состава и строения полиминеральных систем Барботирование длительно прорастающих семян древесных пород – подготовка семян к посеву намачиванием их в сосуде под давлением закаченного в него кислорода или в струепрокачиваемого в воду кислорода 44

Основные направления научных исследований в области нанотехнологий в лесном комплексе. Научные направления исследований МГУЛ Нанотехнологии композитов с использованием древесины v. Разработка теоретических основ получения и изучение свойств нанобиокомпозитов из активных веществ растительного и животного происхождения v. Изучение влияния ингибирующего эффекта наночастиц на рост продуцентов древесных субстратов v. Разработка критериев создания высококачественных макро-, микро- и наноизделий и устройств на основе опыта природных "живых систем" v. Целлюлозный нанокомпозит, наполненный наночастицами углерода и металлов переменной валентности v. Водные дисперсии полиорганосилоксанов для придания специальных свойств целлюлозосодержащим материалам при их поверхностной обработке v. Обработка резанием древесных композитов v. Исследование тепломассообменных и гидродинамических процессов при формировании древесных композитов с заранее заданными свойствами v. Разработка научной концепции формирования древесно-полимерных композиций v. Синтез и свойства нетоксичных аминоформальдегидных полимеров и 45 изделий на их основе

Основные направления научных исследований в области нанотехнологий в лесном комплексе. Научные направления исследований МГУЛ v. Разработка технологии получения керамических карбидокремниевых изделий с заданными свойствами из бумажных и древесных отходов v. Изучение структуры поверхностей защитно-декоративных покрытий на древесине и древесных материалах v. Исследование эффективности применения нанотехнологических добавок в смазочные материалы транспортных и технологических машин и оборудования лесного комплекса v. Разработка технологий упрочнения и восстановления деталей транспортных и технологических машин лесного комплекса с использованием нанопорошков v. Разработка и рекомендации по промышленному применению нанокомпозиционных материалов для лесного машиностроения Разработка новых типов датчиков и устройств для контроля и управления системами различного назначения v. Анализ и интерпретация данных спутниковых и наземных измерений в задачах круговорота с учетом нанотехнологий в лесном комплексе v. Осаждение тонких пленок композиционных материалов с наноразмерной структурой в источниках высокоплотной плазмы - СВЧЭЦР разряда и магнетрона с полым катодом 46

Основные направления научных исследований в области нанотехнологий в лесном комплексе. Научные направления исследований МГУЛ v. Разработка и рекомендации по промышленному применению нанокомпозиционных материалов для лесного машиностроения v. Разработка нанопрепаратов для двигателей: ПРИРАБОТОЧНЫЕ (ОБКАТОЧНЫЕ) НАНОПРЕПАРАТЫ РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ НАНОПРЕПАРАТЫ НАНООЧИСТИТЕЛИ СИСТЕМЫ СМАЗКИ ДВИГАТЕЛЯ 47

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАБОТ НОЦ «НАНОТЕХНОЛОГИИ В ЛЕСНОМ КОМПЛЕКСЕ» 1 Исследование биолого-почвенных наносистем • улучшение сохранности семян • улучшение всхожести семян • ускорение процесса выращивания • повышение плодородия почв 2 Нанотехнологии композитов с использованием древесины 3 Наноинженерия в лесном машиностроении и техническом сервисе • повышение срока службы ДВС • снижение расхода ГСМ • снижение изнашивания • повышение мощности ДВС • создание новых ДКМ • исследование свойств ДКМ • улучшение ТФС ДКМ • улучшение ФМС ДКМ 4 Разработка новых типов датчиков и устройств для контроля и управления системами различного назначения • Увеличение точности при оценке параметров круговорота углерода в растениях • исследования и разработка технологии осаждения наноструктурных металлических и диэлектрических пленок 48

КАФЕДРЫ МГУЛ, ПРИНИМАЮЩИЕ АКТИВНОЕ УЧАСТИЕ В РАЗРАБОТКЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ vкафедра физики vкафедра почвоведения vкафедра лесных культур vкафедра древесиноведения v. Кафедра станков и инструментов vкафедра колесных и гусеничных машин vкафедра селекции, генетики и дендрологии vкафедра технологии машиностроения и ремонта vкафедра технологии древесных пластиков и плит vкафедра процессов и аппаратов д/о производств vкафедра химии и биотехнологии лесного комплекса vкафедра технологии мебели и изделий из древесины vкафедра химической технологии древесины и полимеров vкафедра проектирования и технологии производства приборов 49

Основные направления научных исследований в области нанотехнологий в лесном комплексе. Разработка и рекомендации по промышленному применению нанокомпозиционных материалов для лесного машиностроения. ДВС. 50

ПРИОРИТЕТНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО НАНОМАТЕРИАЛАМ И НАНОТЕХНОЛОГИЯМ В ИНТЕРЕСАХ ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА • разработка нанотехнологий и наноматериалов для улучшения биолого-почвенных систем с целью повышения плодородия • разработка нанотехнологий и наноматериалов для ускоренного воспроизводства леса; • разработка нанотехнологий и наноматериалов для лечения поврежденных растений; • разработка нанотехнологий и наноматериалов в деревообработке; • разработка нанотехнологий и наноматериалов для внешней защиты древесины и изделий из нее; • разработка нанотехнологий и наноматериалов для изготовления нанокомпозитов на основе древесины, целлюлозы и недревесной продукции леса; • разработка нанотехнологий и наноматериалов для улучшения покрытий на рабочих деталях машин для лесного и лесоперерабатывающего сектора; 51

Основные задачи по координации научных исследований по нанотехнологиям и наноматериалам в лесном комплексе • создать единый координационный центр лесных вузов по научным исследованиям по наноматериалам и нанотехнологиям в лесном комплексе; • создать интернет-ресурс, позволяющий своевременно знакомиться с достижениями, полученными в результате научных исследований по наноматериалам и нанотехнологиям в лесном комплексе; • совместно отрабатывать и реализовывать в учебный процесс программы, связанные со сферой нанотехнологий и наноматериалов; • реализовать программу повышения квалификации по наноматериалам и нанотехнологиям для работников лесного сектора экономики совместно с РОСНАНО; • рассмотреть возможность переноса уже отработанных в других отраслях нанотехнологий и нанопродуктов в лесной комплекс; • более эффективно использовать научный потенциал, лабораторные базы и эффективнее интегрироваться в сфере научных исследований; • на базе лучших разработок продвигать предложения, в частности государственному концерну РОСНАНО по технологиям и материалам, разрабатываемым лесными вузами и в которых нуждается лесной комплекс страны. 52

Государственный стандарт по направлению подготовки 2010600 «Нанотехнология» 53

Вузы, обучающие по направлению подготовки 2010600 «Нанотехнология» ØБелгородский государственный университет ØВладимирский государственный университет ØВоронежский государственный университет ØДонской государственный университет ØКабардино-Балкарский государственный университет ØКубанский государственный университет ØКурский государственный технический университет ØМосковском государственном институте электронной техники ØМосковский государственный институт радиотехники электроники и автоматики (Технический университет) ØНижегородский государственный университет ØНовосибирский государственный технический университет ØПензенский государственный университет ØПетербургский электротехнический университет ØРоссийский государственный технологический университет Øим. К. Э. Циолковского ØСаратовский государственный университет ØСеверо-Кавказский государственный технический университет ØСибирский федеральный университет ØТамбовский государственный технический университет ØУральский государственный университет ØЮжный федеральный университет и др. 54

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ «НАНОТЕХНОЛОГИИ И НАНОМАТЕРИАЛЫ В ЛЕСНОМ КОМПЛЕКСЕ» 55

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ «НАНОТЕХНОЛОГИИ И НАНОМАТЕРИАЛЫ В ЛЕСНОМ КОМПЛЕКСЕ» Цель курса «Нанотехнологии и наноматериалы в лесном комплексе» — курса познакомить будущих бакалавров с основами нанонауки, проанализировать уровень ее развития, рассмотреть результаты практического применения нанотехнологии, особенно в лесном и лесоперерабатывающем комплексе России, ее место и роль в системе подготовки профессиональных и научных кадров. 1. 3. Связь с дисциплинами, изучаемыми ранее ЕН. Ф. 01. Высшая математика. ЕН. Ф. 04. Информатика. ЕН. Ф. 05. Общая физика. ЕН. Ф. 06. Физика древесины. ЕН. Ф. 07. Химия. ЕН. Р 1. Органическая химия. ОПД. Ф. 02. Детали машин и основы конструирования. ОПД. Ф. 03. Теория механизмов и машин. ОПД. Ф. 04. Сопротивление материалов. ОПД. Ф. 06. Теплотехника. ОПД. Ф. 07. Материаловедение. Технология конструкционных материалов. ОПД. Ф. 08. Электротехника и электроника. ОПД. Р. 1. Основы научных исследований в деревообработке. ОПД. Р. 2. Технология композиционных материалов. ОПД. Р. 3. Технология и применение полимеров в деревообработке. ОПД. Ф. 13. Экономика производства. 1. 4. Связь с последующими дисциплинами ОПД. Ф. 10. Безопасность жизнедеятельности. ОПД. Ф. 14 Менеджмент и маркетинг. СД. 01. Технология клееных материалов и древесных плит. СД. 02. Технология и оборудование защитно-декоративных покрытий древесины и древесных материалов. 56

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ «НАНОТЕХНОЛОГИИ И НАНОМАТЕРИАЛЫ В ЛЕСНОМ КОМПЛЕКСЕ» 3. 1. Тематический план № п/п Аудиторные занятия Раздел дисциплины Л, часов № Пз (С) № Лр Самостоятельная работа студента № РГР № Кр № Р 1 Вводная лекция 1 - - 1 2 Основные виды и свойства наноструктур 2 - 1 - - 1 3 Технологии формирования наноструктур 2 - - 2 4 Методы исследования наноструктур 2 - 3 - - 2 5 Нанопроцессорная электронная техника 2 - 4 - - 2 6 Наноинженерия поверхности деталей 2 - 5 - - 2 7 Нанотехнологии и наноматериалы для лесного комплекса 2 - 6 - - 2 8 Перспективы развития нанотехнологии 2 - 7 - - 1 57

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ «НАНОТЕХНОЛОГИИ И НАНОМАТЕРИАЛЫ В ЛЕСНОМ КОМПЛЕКСЕ» 3. 2. 3. Лабораторные работы по выбору (примернный перечень) (Лр) 12 часов Тема лабораторной работы Объе м часов Раздел дисциплины Методы контроля Рекомен д. литерату ра 1 Измерение истинной плотности и объёма наноматериалов 2 2 -7 Тестирование на ЭВМ 1 -4 2 Модификация связующего с помощью наночастиц, нанесение на различные подложки, определение адгезии на исходном и модифицированном связующем 4 2 -7 Тестирование на ЭВМ 1 -4 3 Получение первого СЗМ изображения. Обработка и представление результатов эксперимента 4 2 -7 Тестирование на ЭВМ 1 -4 4 Исследование поверхности твердых тел методом атомно-силовой микроскопии в неконтактном режиме 4 2 -7 Тестирование на ЭВМ 1 -4 5 Обработка и количественный анализ СЗМ изображений 2 2 -7 Тестирование на ЭВМ 1 -4 6 Зачётное занятие 2 1 -8 Зачёт 1 -4 № Л р 58

ВНЕДРЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ «НАНОТЕХНОЛОГИИ И НАНОМАТЕРИАЛЫ В ЛЕСНОМ КОМПЛЕКСЕ» В УЧЕБНЫЕ ПЛАНЫ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ И НАПРАВЛЕНИЙ МГУЛ НАНОТЕХНОЛОГИИ И НАНОМАТЕРИАЛЫ В ЛЕСНОМ КОМПЛЕКСЕ 250403 Технология деревообработки МХТД 240406 Технология химической переработки древесины 150405 Машины и оборудование лесного комплекса 220301 Автоматизация технологических процессов и производств ЛПФ ФЛХ 190603 Сервис транспортных и технологических машин и оборудования 150405 Машины и оборудование лесного комплекса 250401 Лесоинженерное дело 250201 Лесное хозяйство ФЭСТ 010500 Прикладная математика и информатика 220200 Автоматизация и управление 200100 Приборостроение 230100 Информатика и вычислительная техника 160403 Системы управления летательных аппаратов ФЛА 250203 Садово-парковое и ландшафтное строительство ФЭи. ВС 080109 Бухгалтерский учет и аудит 080102 Мировая экономика 080502 Экономика и управление на предприятии 59

Благодарим за внимание 60