Развитие нанотехнологий в России состояние программы перспективы Шукюров

Развитие нанотехнологий в России: состояние, программы, перспективы Шукюров Иван, ФК-32

Нанотехнология — междисциплинарная область фундаментальной и 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 атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами. Современные нанотехнологии являются новым важным стратегическим направлением. Развитие имеющихся знаний о нанотехнологиях в будущем поспособствует открытию новых теорий и изобретений, и позволит взглянуть на мир с новым пониманием. Поэтому, освещение основных достижений в области "нано" на сегодняшний день является актуальной задачей. Научно-технический прогресс, являясь величайшим достижением современности, представляет собой наиболее конкретизированное выражение человеческого развития. Очевидным фактом является тесное взаимодействие даже самых абстрактных разделов науки с политикой и социально-экономической жизнью. Неоспоримым является влияние развития научного и технического прогресса на социальные преобразования, на развитие человечества в целом. Развитие нанотехнологий в РФ На сегодняшний день наноиндустрия является наиболее перспективным направлением в науке и технике. Ведущие экономические державы Россия, США, Япония, Китай и страны ЕС в настоящее время формируют рынок в сфере наноиндустрии, который растет с каждым днем. С целью создания мощной конкурентноспособности в России принята программа развития наноиндустрии, по завершению которой к 2015 году объем производства должен составить свыше 900 миллиардов рублей, а после завершение программы его объем увеличится до 1, 2 – 1, 5 трлн. долларов. Утвержден проект формирования и развития рынка наноиндустрии в России, который состоит из трех этапов. Результатом данной инициативы будет создана современная кадровая, технологическая и информационная база. Программа сформирована с учетом инструментов управления в сфере наноиндустрии и установленного правительственного состава. Программа разработана Министерстовом образования и науки РФ до 2015 г. и позволит создать конкурентно способные производства на мировом рынке высоких технологий и формировании научно-технического потенциала России. Источниками финансирования для решения задач в рамках программы являются бюджетные средства федеральных целевых программ, РОСНАНО, а также средства государственных фондов и другие.

Нанотехнологии в настоящее время У "РОСНАНО" есть пять приоритетных отраслей для инвестирования - в первую очередь это наноматериалы, а также оптика и электроника, энергоэффективность, медицина и фармацевтика, модификация поверхностей. Финансирование направляется на строительство новых заводов, фабрик, цехов, а также модернизацию и расширение существующих. За последние два года было по строено и открыто 16 новых заводов в 10 регионах России, основной сегмент - производство наноматериалов. Как отметил Сергей Калюжный, много новых предприятий было запущено осенью прошлого года. "Это естественно, потому что строительство новых объектов требует разработки и утверждения проектной документации, и только потом начинается непосредственно строительство и запуск предприятия, закупка оборудования. Все это довольно сложная процедура, которая занимает определенное время. Поэтому я был удивлен, когда осенью 2008 года меня спрашивали: а что вы делаете? Мы не волшебники, мы занимаемся реальным производством, которое требует времени и взвешенного подхода", - пояснил эксперт. Расширение программы финансирования фундаментальных научных исследований в России - абсолютный приоритет для государства, и на эти цели до 2014 года будет выделено почти 8 миллиардов долларов, сообщил 26 ноября 2011 г. президент РФ Дмитрий Медведев, выступая на пленарном заседании Международного форума по нанотехнологиям. По мнению Медведева, развитие нанотехнологий идет в России по верному пути, в том числе потому, что инфраструктура в данной области "создается на правильной основе", а "государственная часть дополняется частным бизнесом". "Доля госкорпорации РОСНАНО в таких проектах всегда составляет менее половины", - пояснил он. Остальное - средства частных инвесторов. При этом РОСНАНО ставит перед собой задачу выходить из проектов частных компаний на этапе, когда разработки завоюют рыночные позиции. "Главная миссия государства заключается в том, чтобы вовремя уйти", - уточнил Медведев. Он также подчеркнул большое значение международной кооперации в данной сфере, тем более с учетом того, что инвестиции в новые высокотехнологичные разработки - "дело рискованное". В связи с этим Медведев считает важным, что в рамках крупнейшего инновационного форума, который открылся в Москве, "сформировалась хорошая площадка для взаимовыгодных и перспективных договоренностей и соглашений". Президент напомнил, что финансированием работ в области нанотехнологий в России, помимо государства, занимаются специализированные фонды, а также кредитно-финансовые институты, в том числе Внешэкономбанк, кредитный портфель которого по инвестиционным проектам превышает 10 миллиардов долларов.

Применение нанотехнологий в различных сферах деятельности 1) Нанотехнологии в медицине Наномедицина — нанонаука и наноинженерия, применяющие комплекс подходов для обеспечения применения нанотехнологических разработок в сфере практической медицины и здравоохранения. Внедрение нанотехнологических подходов в практику медицинской диагностики позволяет обеспечить следующие практические результаты: - повышение чувствительности и экспрессности анализа позволяет осуществлять раннюю диагностику заболеваний, что уже в ближайшее время может быть использовано для обнаружения онкологических, эндокринных и сердечнососудистых заболеваний, вирусных и бактериальных инфекций; - повышение производительности позволяет проводить комплексное обследование по набору диагностических критериев, что может быть использовано для индивидуализированного подхода к лечению и профилактике. С учетом существующего в России задела в период 3— 5 лет будут интенсивно развиваться, сертифицироваться, и внедрятся в практику методики медицинской нанодиагностики онкологических заболеваний, вирусных гепатитов, ВИЧ-инфекций, методы оценки лекарственной устойчивости бактериальных возбудителей (в том числе туберкулеза), системы фармакологического мониторинга для оценки индивидуальной переносимости лекарств. Важнейшей задачей нанотехнологий в ближайшие 10– 20 лет, по мнению большинства экспертов, будет разработка материалов для медицины. Считается, что за эти годы будут созданы наноматериалы для целевой доставки лекарств, «умных» имплантатов (искусственных сосудов, искусственной кожи и т. д. ) и искусственных органов, для интерфейса электронных устройств, вживляемых в человеческие органы, и самих органов для поддержания жизнедеятельности человека. Это очень серьезный вызов для специалистов, занятых разработкой новых материалов. Природные материалы – ткани живых организмов и растений – имеют иерархическое строение, и если человечество намерено создавать полноценные биосовместимые материалы, их строение также должно быть иерархическим, что потребует разработки высокопроизводительных методов компьютерного проектирования и эффективных технологий производства, основанных на процессах самоорганизации многомасштабных иерархических материалов.

Создание многомасштабных иерархических материалов будет в ближайшие десятилетия целью разработчиков материалов не только для медицины, но и для других сфер деятельности человека – машиностроения, приборостроения и энергетики – поскольку именно такие архитектуры позволяют строить «снизу – вверх» материалы с большим разнообразием характеристик. 2) Нанотехнологии в строительстве Строительный сектор имеет дело с огромным количеством сырья и различные инновационные материалы уже находят применение в современном строительстве и начинают вносить свою долю в формирование архитектуры будущего. Уже получены конструкционные композиционные материалы с уникальными прочностными характеристиками, новые виды арматурных сталей, уникальные нанопленки для покрытия светопрозрачных конструкций, самоочищающиеся и износостойкие покрытия, паропроницаемые и гибкие стекла. Будущее строительного материаловедения во многом связано с применением нанотехнологических подходов — внедрения процессов формирования структуры современных строительных материалов, предусматривающих их сборку или самосборку «снизу-вверх» , то есть дизайн материала или изделия, который заключается в контролируемом и управляемом воздействии на процесс структурообразования, начиная с наноразмерного уровня. Результатом такого подхода будет получение новых по составу и качественно отличающихся по структуре и свойствам конструкционных, теплоизоляционных, отделочных и других материалов, в полной мере отвечающих современным тенденциям развития архитектурных форм, конструктивных решений и технологии возведения объектов промышленного и гражданского назначения. И уже в настоящее время планируются и проводятся теоретические и экспериментальные исследования, направленные на разработку методов наноструктурного модифицирования материалов, изучение количественных и качественных изменений их важнейших свойств и разработку технологических процессов получения различных видов строительных материалов, изделий и конструкций с улучшенными по сравнению с аналогами физико-механическими характеристиками. Несмотря на то, что новые технологии и материалы уже внедряются в строительную отрасль, их доля еще достаточно мала — менее 1% в общем объеме материалов строительного сектора.

В ближайшем будущем следует ожидать проявление спецматериалов в производстве высококачественных ультра- и нанодисперсных порошков со стабильным химическим, фазовым и гранулометрическим составом, в разработке новых видов армирующих элементов (нитевидных кристаллов, волокон, микросфер, дисперсных частиц), в создании новых бездефектных особо высокопрочных реактивных порошковых бетонов, термостойких композиционных материалов, материалов с различной электропроводимостью, наносистем для вредных производств и ядерной энергетики, в развитии научных основ проектирования специализированного технологического оборудования с автоматизированными системами контроля качества цементных композитов. Не за горами появление материалов с контролируемой электропроводностью, деформативными характеристиками и низким термическим расширением, «умных» материалов, например, датчиков для мониторинга температуры, влажности, напряжений. 3) Нанотехнологии в военной сфере Создание различного рода защитных средств - одно из направлений военных исследований в области нанотехнологий. Так, израильская компания Ap. Nano Materials недавно испытала один из наиболее стойких к удару материалов, известных человечеству. Образец материала Ap. Nano, разработанный на основе дисульфида вольфрама, подвергался ударам, которые производились стальным снарядом, выпущенным со скоростью до 1, 5 км/с. Исследуемый материал выдержал удар с воздействиями до 250 т/см 2, а также статическую нагрузку 350 т/см 2, что приблизительно соответствует нагрузке, развиваемой четырьмя локомотивами на область размером с человеческий ноготь. Такой материал может понадобиться для изготовления шлемов и бронежилетов, а также обшивки военного транспорта. На 11 -й Международной выставке средств обеспечения безопасности государства "Интерполитех-2007" Научноисследовательский институт стали (Москва) и Институт прикладных нанотехнологии (Зеленоград) продемонстрировали первые опытные отечественные образцы "жидкой" брони, которая в перспективе может применяться для бронежилетов и других средств индивидуальной защиты. Ее создание заключается в обработке обычной баллистической ткани гелевой композицией на основе фтора с наночастицами оксида корунда. Обработанная ткань внешне не отличается от аналога, но при ударном воздействии на нее пули или осколка находящийся внутри гель мгновенно затвердевает препятствуя разрушению ткани и снижая поражающее воздействие.

Российскими специалистами исследовалась эффективность защитных свойств опытного образца ткани из "жидкой" брони и стандартного образца, изготовленного из 18 слоев баллистической ткани. Испытания проводились методом метания в них шариков массой 1, 04 г и диаметром 6, 3 мм (аналог пули) со скоростью 526 м/с. В результате испытаний было установлено, что "жидкая" броня обеспечивает лучшие защитные свойства, выдерживая нагрузку от шариков, летящих со скоростью до 560 м/с. Другим изобретением, которое может быть в перспективе использовано для военных целей, является разработка так называемого плаща-невидимки. Как видим, некоторые фантастические сюжеты русских народных сказок о шапках невидимках и коврах-самолетах начинают сбываться. Основная задача, стоящая перед разработчиками данного маскирующего устройства, заключается в том, чтобы сделать объект невидимым за счет выполнения двух необходимых требований: свет не должен отражаться от объекта и должен полностью обходить объект. При этом необходимо, чтобы наблюдатель видел только задний фон, а не сам предмет, замаскированный устройствомневидимкой.

Ключевые проблемы развития нанотехнологий в России В настоящее время на рынке продаются только скромные достижения нанотехнологии, вроде самоочищающихся покрытий и упаковок, позволяющих дольше сохранять свежими продукты питания. Однако ученые предсказывают триумфальное шествие нанотехнологий в недалеком будущем, опираясь на факт её постепенного проникновении во все отрасли производства. Согласно прогнозам, спрос на электроэнергию к 2025 году вырастет на 50%. В настоящее время около 1, 6 млрд человек не обеспечены электроэнергией, а у 2, 4 млрд. единственными источниками энергии и тепла являются сельскохозяйственные отходы и растительные материалы. Использование ископаемого топлива растет и может удвоиться в ближайшее время. С учетом имеющихся запасов природного топлива эта проблема будет с каждым годом только усугубляться. Предполагается, что нанотехнологии позволят решить энергетические проблемы посредством применения более эффективного освещения, топливных элементов, водородных аккумуляторов, солнечных элементов, распределения источников энергии и децентрализации производства. Восторженно предвкушая те положительные изменения, которые принесет с собой промышленная революция, не будем столь наивны, чтобы не задуматься о возможных опасностях и проблемах. Многие крупные ученые современности не зря пытаются привлечь внимание не только к позитивным перспективам будущего, но и к возможным негативным последствиям. Ученые утверждают, что исследования в области нанотехнологий и других областях должны быть остановлены до того, как это навредит человечеству. Но вместо простого запрета исследований в этой области они предлагают установить правительственный контроль над опасными исследованиями, что поможет предотвратить случайную катастрофу. Многие вопросы, стоящие сегодня перед исследователями, действительно очень актуальны и важны. В бешеной гонке нанотехнологий ученые должны взять на себя всю полноту ответственности за жизнь и здоровье других людей, чтобы не оказаться беззаботными фанатиками, совершившими "революцию" только лишь "во имя революции", не утруждая себя размышлениями о возможных трагических последствиях и катастрофах.

Перспективы применения нанотехнологий Используя наночастицы как добавки, можно улучшить качество многих товаров: косметики, лекарственных препаратов, смазочных материалов, топлив, защитных и упрочняющих плёнок, металлических и полимерных материалов, текстильных материалов, катализаторов, мембран, красок, упаковочных материалов, бумаги, детекторов, сенсоров и т. д. Все перечисленные выше товары производятся в РФ и потребляются на внутреннем рынке. Эти товары конкурируют с импортными изделиями того же назначения, которые уже сегодня начинают усовершенствоваться с использованием нанотехнологий. В дальнейшем эта конкуренция будет нарастать и можно предполагать, что отечественные производители будут пытаться улучшать качество своих товаров за счёт применения нанотехнологий, в том числе нанопорошков. Для того чтобы российские производители товаров смогли в ближайшее время улучшить качество своих товаров, необходимо максимально быстро создать в РФ масштабное производство нанопорошков, способное удовлетворить спрос потребителей сертифицированной продукцией. Одновременно необходимо инициировать специальные конкурсы, финансируемые за счёт госбюджета, ориентированные на применение нанопорошков в различных сегментах производства. Важным обеспечивающим элементом развития национальной наноиндустрии является платформа «Подготовка и переподготовка кадров для нужд наноиндустрии» . В рамках этой платформы предусматриваются, в частности, мероприятия в краткосрочной перспективе: уточнение отраслей и направлений экономики знания, ориентирующих на цели интенсификации научно- технологического развития и на этой основе – проведение системного анализа состояния, кадрового и образовательного аспектов в обеспечивающих отраслях наук и отдельных научных направлениях.

На этой основе в среднесрочной перспективе данная платформа дорожной карты предусматривает институциональное решение вопросов закрепления кадров для обеспечения эффективности исследований и разработок в области наноиндустрии. К 2015 году вопросы подготовки кадров и их закрепления в наноиндустрии должны быть решены. Их решение должно быть сопряжено с теми институциональными решениями, которые предложены и с другими разработанными платформами. В долгосрочной перспективе в рамках платформы ставятся и реализуются следующие задачи: формирование института исследовательских университетов как основы регионального развития; обеспечение внутрироссийской мобильности научных и образовательных кадров как основы образовательной и инновационной национальных систем; становление российских научно-образовательных центров как международных центров подготовки кадров.

В заключении хотелось бы отметить, что нанотехнологии – это символ будущего, важнейшая отрасль, без которой немыслимо дальнейшее развитие цивилизации. Возможности использования нанотехнологий практически неисчерпаемы - начиная от микроскопических компьютеров, убивающих раковые клетки, и заканчивая автомобильными двигателями, не загрязняющими окружающую среду. Большие перспективы несут в себе и большие опасности. В этом отношении человек должен с максимальной осторожностью отнестись к небывалым возможностям нанотехнологий, направляя свои исследования на мирные цели. В противном случае он может подставить под удар свое собственное существование. Усилия России в области развития нанотехнологий являются частью масштабной программы по укреплению фундаментальной науки и развитию системы образования. Лидер российских разработок, в том числе в области ядерной физики, Курчатовский институт получил в прошлом году 5, 9 миллиардов рублей на реализацию правительственной программы по созданию Центра конвергентных нано-био-инфо-когнитивных наук и технологий. Планируется, что этот центр будет заниматься также расшифровкой геномов, иметь единую базу обработки данных и наряду с ещё несколькими исследовательскими центрами Российской Академии Наук войдёт в состав национального научноисследовательского центра по нанотехнологиям. Но международные эксперты предупреждают о завышенных ожиданиях России, которые могут не оправдаться. Россия бросает много денег и мозгов в нанотехнологии. Но на фоне благоприятных и льготных условий, которые повсеместно создаются для развития приоритетных проектов, в том числе и в области нанотехнологий, выйти на международный рынок и занять там уверенную позицию для России будет нелегко.