Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Наноструктурированные материалы
Планарная структура (1) из проводящего диоксида олова, легированного сурьмой, напечатанная на подложке из «солнечного кремния» (2) с использованием струйного принтера Epson. Толщина стрелок – 200 нм. (3) – миллиметровые деления обычной школьной линейки (Д.М.Иткис, Д.А.Семененко, ФНМ МГУ).
Сравнение размеров различных объектов (И.В.Колесник, ФНМ МГУ)
Гидротермально обработанный диоксид титана, содержащий наночастицы платины, уже при комнатной температуре выступающий в качестве эффективного катализатора доокисления «угарного газа» (А.В.Григорьева, ФНМ МГУ)

Мухи отдельно, слоны отдельно

Ключевые слова:  Нанотехнологии, пятое измерение

Опубликовал(а):  Гудилин Евгений Алексеевич

29 августа 2007

В 30 номере журнала "Компьютерра" от 21 августа 2007 г. в качестве темы номера размещены материалы, посвященные "неполитическому" анализу того, что можно понимать под нанотехнологиями.  Цель беседы журналиста "Компьютерры" Леонида Левковича-Маслюка с профессором химического ф-та МГУ Е.А.Гудилиным - уяснить простую вещь: что приходит в голову "специалисту-научнику", когда он слышит слово "нанотехнологии".  Основная мысль статьи, представляющей собой журналистскую переработку и творческую интерпретацию этой беседы-интервью, - неоднозначность в вопросах практической реализации и, с другой стороны, большая фундаментальная значимость исследований в области наноматериалов и нанотехнологий для развития современной науки и техники. В статье не дается каких-либо прогнозов развития нанотехнологий (это сделать достаточно сложно), она расчитана на непосвященного читателя, излишне запуганного или излишне заинтригованного модными сейчас терминами "нанотехнологии".  Скорее всего, специалист посмотрит на такую статью очень скептически, но эксперимент на женщинах - медиках и детях - школьниках показал, что им статью читать интересно, значит - пусть будет!

 

 

Молибденова синь или серая слизь?

Автор: Леонид Левкович-Маслюк

Опубликовано в журнале "Компьютерра" №30 от 24 августа 2007 года

 

За окном все громче завывает "нано-пурга" [Термин Алексея Шварева] - брэнд "нано" раскручивается во всем мире н-н-нанонарастающими темпами. Чтобы не стать безвольной жертвой "хайпа", очень полезно знать, что понимает под нанотехом практикующий исследователь. Тот, кто с ходу напишет все относящиеся к делу формулы. Тот, кто знает, что и куда подсыпать и подключить, что и как вскипятить или заморозить, чтобы это самое нано где-то там зашевелилось и зажило. Мой собеседник … активно работает (как правило, в содружестве с еще более молодыми коллегами, студентами и аспирантами) над целым рядом задач, связанных с процессами, идущими на нанометровых масштабах. Гудилин много занимается образовательными проблемами, он заместитель по учебной работе декана факультета наук о материалах МГУ, профессор химфака МГУ. Серьезно участвует и в работе созданного ФНМ МГУ и Центром Передовых Технологий Самсунг вебсайта www.nanometer.ru, который быстро стал одним из наиболее вменяемых информационных ресурсов по теме и имеет все шансы превратиться в привлекательную площадку для профессиональных дискуссий.

 

ПРОЛОГ, ИЛИ "УБЕЙ СТРУЙНИК - И НАПЕЧАТАЙ ПРОЦЕССОР"

 

Мир "нано" сулит нам массу неожиданностей. Одна из них - оказывается, поупражняться в доморощенном нанотехе может каждый. Ну, почти каждый. И для этого не всегда нужны большие деньги. Евгений Гудилин рассказывает об одном из возможных нанопроектов:

- …Многие зарубежные компании, в том числе Samsung и Degussa (крупнейшая химическая и нанотехнологическая компания Германии), развивают направление, связанное с микропечатью всевозможных устройств - гибких дисплеев, сенсоров, радиочастотных антенн-идентификаторов, солнечных батарей, пленочных химических источников тока (трехмерная печать дополняет этот список мембранами и другими керамическими изделиями сложной формы, медицинскими имплантатами и т. д.). Струйный способ печати, другие модификации микропечати универсальны - разработка прототипов и выпуск готовых устройств полностью автоматизированы, - и очень привлекательны по соотношению цена/качество. В России эта технология вполне реализуема: важнейшие компоненты расходных материалов - это нанопорошки и полимеры, а их мы хорошо умеем делать. Фундаментальных и технических проблем здесь много, но понять принцип нетрудно. На днях (разговор был в начале июля. - Л.Л.-М.) наши студенты взяли дешевый струйный принтер, купили пустой картридж, залили туда суспензию, содержащую наночастицы, и теперь пытаются напечатать что-нибудь содержательное. Для начала - проводящие дорожки из наночастиц (см.рис.1). Обычный струйник для этого вполне пригоден, ведь чернила - это особая взвесь частиц размером менее 50 нм. В планах - купить спецпринтер (хотя он стоит уже не полторы тысячи, а полтора-три миллиона рублей), чтобы дальше развивать это направление.

 

 

… Вокруг нанотехнологий напущено много тумана, но на самом деле сделать наночастицы сравнительно легко (по крайней мере химикам). Если в автоклаве сильно нагреть воду, она станет хорошим растворителем, пригодным для так называемого гидротермального синтеза, и с его помощью уже делают десятки видов наночастиц. Поэтому можно развивать очень любопытные и недорогие проекты, причем отчасти на "подручных материалах".

 

Есть и еще более простые способы - вот школьный опыт, который показывает, что наночастицы может получить каждый (правда, далеко не каждый может получить наночастицы с заданными свойствами и детально их исследовать). Есть такое удобрение - парамолибдат аммония. Если вы растворите его в воде, добавите уксуса и бросите туда цинк, то раствор моментально посинеет - образуется молибденова синь, состоящая из наночастиц … на основе гидратированного оксида молибдена. Это пример электрохромного материала: если не добавлять цинк, а прикладывать напряжение, цвет тоже изменится. Поэтому, если наночастицы такого материала нанести на бумагу в виде сеточки, к которой напряжение в несколько вольт подводится дорожками из прозрачного проводника (такие чернила уже делаются, скажем, в Японии и могут быть сделаны и у нас), то при включении тока на бумаге появится нужный текст или картинка, а при выключении поверхность обесцветится от контакта с воздухом. В потенциале это дешевая электронная бумага. Вот вам один вариант развития опытов с "разломанным струйником".

 

Есть и совсем простой путь - делать чернила для струйника с такими наночастицами, которые бы позволяли "юному нанотехнологу" печатать не очень маленькие, но настоящие работающие электронные схемы по собственным спецификациям. В образовательных целях это было бы очень полезно.

 

А в Science уже были сообщения о микропечати люминесцентных структур квантовыми точками. Что дальше?..

 

Нанофилософия

Дальше, видимо, начинается инновационная экономика - но на эту малоизученную территорию мы сегодня не зайдем. Прежде чем приступить к инвентаризации наноотраслей, нам с читателями нужно сориентироваться в базовых понятиях. "Нанотехнологии - это новый взгляд на давно известные вещи. Любые объекты и материалы можно изучать на разных пространственных масштабах. Кроме макроуровня (объект в целом) и атомарного уровня (определяющие, фундаментальные характеристики вещества), обычно выделяют масштабный уровень "микро" (характерный размер - микроны, то есть тысячные доли миллиметра), который задает так называемые "структурно-чувствительные" свойства материала, зависящие, например, от размера зерен керамики. Большую роль часто играет и субмикронный масштаб "мезо". Что касается "нано", IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry, Международный союз чистой и прикладной химии) установил, что если хотя бы по одному измерению размер объекта меньше 100 нм (0,1 мкм), то мы говорим о наносистеме - это и есть уровень наномасштабов.

 

Логичнее было бы определить, что "настоящее нано" начинается с момента появления наноэффектов - изменений физических свойств веществ, связанных с переходом к этим масштабам. Принципиальная важность наносистем заключается именно в том, что на этом кусочке пространственной шкалы реализуются интереснейшие, практически важные химические и физические взаимодействия".

 

 

В эпоху путешествий, великих географических открытий люди изучали двухмерную поверхность Земли. Когда поднялись в космос - это был выход в третье измерение. Когда стали изучать быстротекущие, фемтосекундные процессы и одновременно динамику на астрономических интервалах времени - взялись за четвертое измерение, шкалу времени. Сейчас в нашем поле зрения пятое измерение - мы движемся по шкале пространственных масштабов. Отсюда и мысли, что эти работы могут создать новую парадигму исследований, привести к научно-технологической революции. Однако, по мнению Гудилина, речь может идти только о революции в понимании сути различных процессов и улучшении технологий производства: вряд ли в этих исследованиях будет обнаружено нечто эпохально новое.

 

 

Нанороботы: лапки, глазки, серая слизь

 

 

… В нанороботов, которые содержат шестеренки, ручки, ножки, глазки и процессор класса "Пентиум", я не верю абсолютно. Это чушь. Нанороботы - это и главная приманка, и главное пугало нанотеха. Все боятся "серой слизи" (grey goo, термин придумали первые нанофутуристы) - орд нанороботов, которые бесконтрольно размножаются и все вокруг убивают. Но ведь серая слизь существует уже миллиарды лет - это вирусы. Вирусы - объекты нанометрового размера, которые проникают в клетку и размножаются, больше ничего они делать не могут. Может быть, серая слизь - это искусственный вирус? Да, такие проекты, видимо, сегодня на повестке дня - но это не нанотех, это совсем другая область.

 

… Все физические процессы, которые сегодня используются для обработки информации, основаны на определенной статистике поведения частиц …, гарантирующей правильное взаимодействие элементов, скажем, в микроэлектронике. Но на наномасштабах, когда функциональные элементы состоят из небольшого количества атомов или молекул, эта статистика перестает действовать. Больше того, никто не отменял теплового движения атомов. Любая информация в таком маленьком элементе имеет немалый шанс пропасть. Отсюда вопрос: как сделать для наноробота мозг с процессором в сто мегагерц? Он сможет работать разве что при абсолютном нуле, если очень повезет… И это лишь одна из принципиальных трудностей, есть и другие. …Любые попытки сделать наноробота закончатся созданием примитивного объекта, который будет уметь что-то одно. Ему не нужны лапки и глазки, поскольку нечем будет ими управлять.

 

Что, по-вашему, самое перспективное в сегодняшнем нанотехе?

 

- На мой взгляд - нанобиотехнологии. На Западе это направление развивается наиболее активно. Например, возьмем наночастичку, состоящую из полимера. … К ней можно пришить две вещи: во-первых, лекарство, а во-вторых - белок, который будет целенаправленно связываться именно с тем участком организма, куда нужно это лекарство доставить, - сосудом, нервной тканью и пр. Другое потенциально интересное направление в нанобиотехе - ввести наночастицы в клетку так, чтобы клетка немного изменила свои функции: например, начала продуцировать нужные белки. На пластинке из пьезокварца… можно "взвешивать" молекулы. Пластинку покрывают слоем белка, который повышает селективность к тем или иным биомолекулам, и получается необыкновенно чувствительный биосенсор... Усиленно разрабатывается очень важная для медицины технология нано- и микрокапсул (размером от микрон до 20 нм). Они представляют собой «кусочки вещества», которое может обладать магнитными или другими функциональными свойствами и имеет большую площадь поверхности. Его можно одеть в "шубу" из белка, из полимера, полисахаридов, гидроксильных радикалов, потом, как говорят, "векторно" доставить в нужное место организма, а если надо - еще и разогреть, чтобы стимулировать действие лекарства. Чем это хуже наноробота? Ничем. Только здесь нет футуристических фантазий про глазки и лапки. Еще один сюжет на стыке "нано" и медицины - визуализация. Например, наши коллеги с физфака МГУ, сотрудничающие с Российским Онкологическим Центром имени Н. Н. Блохина, создают магнитные наночастицы, содержащие гадолиний. Частицы рассеиваются по организму… и благодаря гадолинию органы становятся хорошо видны с помощью МР-томографии. …

 

Все это замечательно, но нанокапсулы уже существуют? Продаются в аптеках?

 

- В аптеках, как известно, много чего продают. Вот замечательная история: знаете, как проще всего получить магнитную наножидкость? Берем два очень доступных вещества: железный купорос (удобрение) и хлорное железо (используется для травления печатных плат). Сливаем их в водный раствор аммиака - и моментально получаем магнитную жидкость - взвесь частиц Fe3O4 вполне нанометрового размера. Благодаря этой простоте появляется огромное количество статей в стиле "мы пришили к этим частицам белок и доставили туда-то магнитным полем". К сожалению, для медицинской практики именно эти частицы непригодны - они слишком слабо взаимодействуют с магнитным полем. Приходится получать металлические частицы, содержащие платину, железо, кобальт и др. элементы, обеспечивать биосовместимость - и вот тогда их можно "таскать" магнитным полем в нужном направлении, следить за их потоком в теле человека в реальном времени, если надо - разогревать с помощью магнитного поля или ультразвука (такие работы, кстати, проводили наши шестикурсники в РОНЦ РАМН). Но как я хохотал, наткнувшись на рекламу фирмы (украинского происхождения), которая продает именно такие частицы оксида железа, как я только что рассказывал, - полученные простым смешиванием содержимого двух банок! Продают под лозунгом: нанодисперсный оксид железа излечит все ваши болезни (включая депрессивные состояния у женщин и даже простатит)! Это к тому, что продавать, конечно, можно - вопрос в том, какой эффект даст такой препарат. В данном случае - никакого. Настоящая проблема - в том, чтобы подобрать наночастицы с определенными свойствами (магнитными или другими), которые могли бы решить нужную вам задачу. Что касается серьезных проектов лечения с помощью нанокапсул и магнитных жидкостей - они пока находятся в экспериментальной стадии. Научных (и очень интересных!) статей множество, однако на практике речь идет в лучшем случае об испытаниях ключевых принципов на животных и растениях…

 

Что же в нанотехе связано с нашей любимой информатикой? За исключением, конечно, нанометровых технологических процессов изготовления интегральных схем - об этом мы и так пишем достаточно.

 

- Вот хороший пример, связанный с ИТ, который, кстати, иллюстрирует некоторые общие принципы нанотеха. Возьмем магнитную нить - нечто, состоящее из оксида или металла в несколько нанометров толщиной. Круглая частичка такого размера была бы суперпарамагнитной, то есть непригодной для магнитной записи. Как только мы начинаем круглую частицу "растягивать" (менять форм-фактор или "размерность" при одном и том же диаметре), у нее появляется доменная структура, и на эту нить уже можно записать информацию. Но практически значимую среду для записи информации мы получим, только если добьемся корректной взаимной ориентации большого массива нитей. Такая работа ведется, например, аспирантами и сотрудниками академика Ю. Д. Третьякова на факультете наук о материалах и химическом факультете МГУ. Делается своеобразная "матрица" из жидкого кристалла, потом она превращается в мезопористый диоксид кремния (SiO2), и в поры с помощью химических процессов вводятся ферромагнитные нити. Получается пленка, на которую потенциально можно записывать терабиты информации на дюйм. Проблема - в ненужном магнитном взаимодействии между отдельными элементами, но есть пути к ее преодолению.

 

Для создания наноматериалов оказывается важным не только их состав (определяющий основные свойства), размер ("модифицирующий" свойства), но и "размерность" (делающая частицы неоднородными) и упорядочение в системе (усиление, "интеграция" свойств в ансамбле нанообъектов). Это характерно для нанотехнологий - новое качество обычно получается только при правильно организованной структуре на более крупных масштабах, чем нано. Поэтому, занимаясь нанотехнологиями, мы не можем ограничиться только химией или только физикой. Нанотех - междисциплинарная область исследований.

 

Отметим еще полевые транзисторы и элементы хранения информации на углеродных нанотрубках - важное для наноэлектроники направление. Углеродные нанотрубки легко получать, и им находятся все новые и новые применения. Но еще ближе к созданию промышленных устройств подошли разработки на квантовых точках - хотя это уже не столько информатика, сколько оптика.

 

Информатика тоже, ведь квантовые точки - один из кандидатов на элементную базу квантового компьютера.

 

- Да, но это, по-видимому, перспектива не менее, чем десяти лет. А источники света на квантовых точках - ближайшая перспектива. Упрощенно говоря, квантовая точка - это светодиод, уменьшенный до наноразмера. Сейчас их научились делать очень устойчивыми и долгоживущими. Квантовые точки можно использовать в качестве генераторов лазерного излучения с очень узким спектром, в фотодинамической терапии рака, в качестве маркеров органелл в клетках и т.д. Они могут быть очень полезны и в фотонике. Если, скажем, сделать материал из одинаковых правильно упакованных микросфер полистирола или оксида кремния, промежутки заполнить нужными наночастицами, а потом убрать исходную матрицу из микросфер, то получим «реплику», состоящую из квантовых точек, воспроизводящую промежутки между исходными плотноупакованными микросферами. Это будет новый люминесцентный материал, его можно потенциально использовать для реализации различных архитектур фотонных компьютеров.

 

Энергетика: апдейт противогаза и керамика в эпоксидке

О чем еще вспоминает специалист при упоминании нанотехнологий?

 

- Конечно, об энергетике. Одно из модных направлений - топливные элементы. Что это такое? Вы можете сжечь спирт, и выделится тепло. А если вы пропустите спирт через топливный элемент - произойдет непосредственное преобразование энергии химической реакции в электрическую энергию. Обычные батарейки делают абсолютно то же самое, но они работают с другими веществами, а топливные элементы (ТЭ) преобразуют обычное топливо в присутствии кислорода. В этих элементах есть особый газопроницаемый слой, где находится катализатор. В качестве катализатора для водородных и метанольных ТЭ особенно эффективны наночастицы платины (5–10 нм).  Вообще катализаторы (вещества, резко ускоряющие ход реакций) - это классическая область химии, которая тесно связана с наночастицами, потому что катализатор должен иметь большую площадь поверхности - хотя бы сотню квадратных метров на грамм! У нас на факультете наук о материалах студенты работают с изопористым диоксидом кремния - там площадь поверхности достигает двух тысяч квадратных метров на грамм.

 

 

Здесь, как и вообще в нанотехнологиях, очень важны не просто наночастицы, а наноструктурированные материалы: например, микростержень, на котором растут "нанолисточки". Когда-то Зелинский изобрел противогаз на основе диоксида марганца и оксида меди (гопкалит), в котором угарный газ превращался в СО2. Если эту идею немного додумать, то уже сейчас можно получить нечто полезное для ТЭ. Пусть ваш ТЭ использует метанол и кислород. Полупродуктом окисления метанола является СО. А это страшнейший яд для платины-катализатора. Но если бы удалось платину "посадить" на поверхность кристаллического уса (вискера), содержащего диоксид марганца, то носитель убивал бы яд, опасный для основного катализатора! Это - пример наноструктурированной системы, где есть уровень "нано" (катализатор), уровень "микро" (микронного размера усы, содержащие оксид марганца), а также уровень "макро", когда вы все делаете в виде бумаги, содержащей платину и гибкие вискеры, и каждый уровень по-своему важен и выполняет специфические функции. Все вместе дает материал для ТЭ - платинированную марганец-содержащую бумагу.

 

В связи с водородной энергетикой тоже идет активный поиск катализаторов для фотодиализа воды - разложения ее на водород и кислород за счет солнечной энергии. Большие усилия направлены и на улучшение солнечных батарей с помощью наночастиц. Исследуются разные вещества - в том числе сочетания фуллеренов с органическими веществами, диоксидом титана и другими. КПД таких установок растет, но пока они очень дороги.

 

Солнечные батареи, катализаторы для ТЭ - это все-таки улучшение того, что уже есть. А вот сверхпроводимость - это же новое качество в энергетике! Нанотех здесь применяется?

 

- Это, пожалуй, вопрос терминологии. … В этой задаче принципиально важна структура материала на наномасштабе. Высокотемпературные сверхпроводники - замечательная модель иерархических структур в твердом теле. Там есть уровень "макро" - левитаторы, большие шестигранные шайбы, которые можно уложить так, чтобы они образовали сплошную поверхность, поместить в жидкий азот, и над ними будет что-то "плавать" (например, поезд со сверхпроводящими элементами будет скользить над магнитным рельсом). Есть уровень "микро", который описывает организацию зерен-кристаллитов: несовершенства на границах зерен должны быть минимальны. Крайне важен и уровень "мезо" (субмикро). Потому что именно такой масштаб имеют несовершенства, ответственные за появление вихрей Абрикосова, которые работают как центры пиннинга - без них сверхпроводник второго рода не сможет выдержать сколь-либо значимых критических токов.

 

…Вихри Абрикосова - очень небольшие по размеру. Желательно, чтобы центры пиннинга ("пришпиливания" вихря) были неподвижны. Поэтому порождающие их несовершенства структуры должны иметь как раз наноразмеры. И именно такие включения обнаружились в неодим-содержащих бариевых купратах. Берется твердый раствор (кристаллическая решетка, в которой часть атомов заменена на другие) - и он при определенной термообработке расслаивается, образуя "паркетную" наноструктуру. Она состоит из областей - нанофлуктуаций состава. Там, где больше неодима, возникают несверхпроводящие участки. Там, где меньше неодима, возникает сверхпроводимость. Получаются высокоэффективные центры пиннинга. Группа японских авторов "вморозила" с помощью такой системы сумасшедшее магнитное поле - 14 или 15 тесла! При этом крупнокристаллический высокотемпературный сверхпроводник был залит эпоксидной смолой и помещен в железную шайбу, чтобы магнитное поле не разорвало хрупкую керамику.

 

Спрашивается - это наноматериал? Нет! Напротив, это крупнокристаллическая керамика (размеры "зерен" до нескольких сантиметров!). Там нет наночастиц. Но там есть нанофлуктуации состава, встроенные в общую иерархию пространственной структуры. Эта замечательная работа, кстати, была сделана еще до бума нанотехнологий.

 

 

Между прочим, висмутсодержащие сверхпроводники с нанофлуктуациями состава используются для сверхпроводящих тоководов. Эти материалы прокатываются в ленты, из них делают многожильные кабели, ряд фирм уже выпускает такую продукцию. Сверхпроводящие тоководы работают внутри силовых подстанций и в Германии, и в Штатах, и в Японии. Это очень дорого - и материалы дорогие, и сама линия охлаждается жидким азотом или жидким водородом. Но за длительное время все это может окупиться, благодаря уменьшению энергопотерь.

 

Давайте кратко перечислим, что еще не упомянули?

 

- Нанотех универсален, поэтому перечислять области его применения можно бесконечно. Например, мы не назвали экологию, а вокруг нее особенно много спекуляций. …То и дело слышим, что некая фирма начинает - "на основе нанотехнологий!" - производить краски, которые обеззараживают воздух и уничтожают вредные примеси. Но ведь такие краски уже лет десять как можно купить в магазине - рублей по сто за банку. Это обычные титановые белила. TiO2 - полупроводник с большой шириной запрещенной зоны. Грубо говоря, если он находится в воде (или контактирует с прилегающим слоем воздуха), то под действием ультрафиолета начинается генерация радикалов, которые убивают органическую «грязь». Значит, если взять частицы этого вещества с большой суммарной площадью поверхности, поместить в воду и облучить ультрафиолетом, произойдет очень эффективная очистка воды (при условии, конечно, что вы сможете потом эти частицы отфильтровать). А если нанести титановые белила на стену, то когда солнышко ее осветит, там тоже, возможно, будут убиты очень многие микроорганизмы - либо самим солнцем, либо TiO2, кто потом докажет? Вот пример того, что за модным лозунгом могут скрываться давно известные вещи - просто их раньше не связывали с нанотехом (да и нужно ли связывать?). С другой стороны, бытовые титановые белила все-таки не из наночастиц состоят - а более эффективные нанопорошки с «обеззараживающими свойствами» сделать на порядки труднее и дороже, так как эти свойства зависят не только от состава, но и от формы частиц, их срастания с частицами другой фазовой модификации, состава поверхности и многого другого.

 

Ну а сам-то нанотех представляет угрозу для экологии?

 

- Опасности существуют, но опять-таки многие из них не новы. Всем известны классические болезни - силикоз, асбестоз, бериллоз, рак легких у углекопов, - которые вызываются мельчайшими (в том числе и нано-) частицами некоторых материалов. Можно вспомнить недавние скандалы с «нанокосметикой» - плохо, что никто толком не знает, что в ней содержится, так как это секрет фирмы. Наночастицы легко проникают в клетки, даже обычный оксид железа может быть вредным в виде наночастиц. С другой стороны, йоги ведь буквально едят железо, в огромных количествах, - и ничего.

 

Но они же не наночастицы едят?

- Конечно, крупная частица не проникнет внутрь клетки - растворится, переработается. А наночастицы могут вести себя по-другому. Поэтому взаимодействие наночастиц с живым организмом - очень важная область исследований, и сейчас этим многие занялись (в том числе и у нас в МГУ, на биофаке, физфаке, химфаке, факультете наук о материалах и других факультетах). С другой стороны, наночастицы обычно очень реакционноспособны - легко превращаются в другие частицы, растворяются, трансформируются. Можно с осторожностью предположить, что накопление нежелательных наночастиц в окружающей среде - не такая уж большая опасность. Но тут все нужно тщательно изучать. А для этого нужен трезвый подход к проблеме.

 

В США и Европе в обществе … существуют устойчивые антипатии к "нано", есть целые организации, которые борются с нано, и в то же время есть и фанатики «нано» - целый спектр радикальных мнений. К сожалению, у нас пока все только кричат "ура!" при слове "нанотехнологии" и в то же время слепо (но молча) их боятся.

 

 

В заключение надо хотя бы упомянуть новые конструкционные материалы. Это огромное поле иследований. Простейший пример: любая металлическая отливка - поликристаллическая, то есть состоит из зерен. Если эти зерна измельчать - механически, термомеханически - то в принципе можно дойти до уровня, когда весь, предположим, гвоздь будет иметь ультра- дисперсную структуру. Такая структура обеспечит ему меньшую пластичность, но большую жесткость. Так можно получить серьезное - раза в два-три - но не заоблачное улучшение параметров материала. Однако стоимость его значительно возрастет.

 

О конструкционных материалах можно рассказывать долго - но лучше просто назвать еще несколько исследовательских направлений, связанных с нанотехом: наноионику (в частности, электродные материалы на неуглеродных нанотрубках), "умные материалы", … наноэлектромеханические системы… и др.

 

Реалистичный футуризм

В каких же из перечисленных областей вы ожидаете самого заметного прогресса в ближайшие пять лет?

 

- Экология, медицина, энергетика, электроника - в этих четырех областях лежит ближайший потенциал применения нанотеха. В связи с запросами экологии должны появиться новые фотокатализаторы, сорбенты, ультрадисперсные и нанодисперсные порошки - и те, которые дезинфицируют, и те, которые используются для получения продуктов тонкого органического синтеза. Главное направление прогресса здесь - катализаторы. В медицине самые важные применения нанотеха будут связаны с нанокапсулами. Уверен, что удастся существенно улучшить фармакологические формы лекарств и средства их доставки. Будут исследованы основные аспекты взаимодействия наночастиц с живым организмом, и на этой основе появятся принципиально новые лекарства, но это потребует длительного изучения... В энергетике можно ждать успехов с топливными элементами; может быть, появятся гораздо более эффективные солнечные батареи. И конечно - наноэлектроника, здесь должен быть стремительный прогресс. Думаю, что могут быть хорошие достижения в области композитов, конструкционных материалов. У Артура Кларка в одном из романов центральную роль играет лифт на сверхлегких, сверхпрочных тросах, идущий с поверхности Земли на высоту геостационарной орбиты (36 тысяч километров над экватором). Проект "космического лифта из нанотрубок" - чистая фантастика, но под этим лозунгом, возможно, будут делаться хорошие композиты - прочные, легкие... И наконец - но в более далекой, чем пять лет, перспективе - серьезный акцент будет сделан на том, что уже сейчас считается страшно важным в США, Европе, Японии: это всевозможные чувствительные элементы, сенсоры, "электронный нос" (сами сенсоры будут не нано-, а микроразмеров). Впрочем, приницпиально новые устройства предсказывать не берусь. Достаточно реалистичное дело - одежда с необычными и полезными свойствами. Совместите ткань с наночастицами, свойства которых вы сможете задать и контролировать, - и получите "умную одежду" (но, конечно, не плащ-невидимку или супербронежилет - нельзя нарушить законы природы и прыгнуть выше головы). Например, если такая одежда содержит серебро, то она будет заживлять раны. Можно сделать так, чтобы она была гидрофобной и самоочищалась. Это, конечно, практически важно, но не революционно.

 

В заключение повторюсь - нанотех не есть нечто принципиально новое. Это не революция, а усовершенствование. Нанотех - это попытка как можно глубже понять очень важный отрезок пространственной шкалы организации материи. На этом отрезке сочетаются те факторы, которые управляют важнейшими процессами преобразования самого вещества и энергии в веществе. По-настоящему интересно именно это, а не какие-то мифические нанороботы.




Комментарии
Соколов Петр Сергеевич, 25 августа 2007 18:57 
Обязательно прочитаю журнал, и это правильная политика что в нем появилось интервью с Е.А.Гудилиным. "Компьюттера" вероятно единственный на данный момент журнал, читаемый "передовой общественностью".
Trusov L., 26 августа 2007 02:17 
mnoj chto li? kupi mne nomerok, a to tut netu.
Соколов Петр Сергеевич, 27 августа 2007 09:12 
океу, обязательно.
Сделал прямую ссылку. Теперь на статью.
Павел Михайлович, 31 августа 2007 12:31 
Хорошее интервью, трезво и по-делу, без всякой фантастики. Хотя к топливным элементам в большой энергетике отношение пока скорее скептическое...
Соколов Петр Сергеевич, 31 августа 2007 15:43 
У нас в стране ко всему скептическое отношение, в том числе и к расличным вариантам альтернативной энергетики[sad:]
Павел Михайлович, 31 августа 2007 16:14 
Петр Сергеевич, не у нас только, да и не о нас я и говорил. Дело в отсутствии пока топливных элементов большой мощности, по крайней мере пригодных для промышленного использования. Те же ветрогенераторы уже серийно производтся, например, Liberty в 2 МВт мощностью. Британцы ставят на побережье нескольок ВЭС сумарной мощностью больше 1 ГВт со сроком выхода на полную мощность к 2010 году. PV-солнечные батареи тоже сейчас находят широкое применение. Хотя например в ВМС Германии есть подводные лодки в 1500 т водоизмещением примерно, двигательная установка которых включает в себя топливные элементы. Так что перспективы есть но не такие уж ближайшие как может показаться на первый взгляд.
Shvarev Alexey Y, 31 августа 2007 17:38 
А каким образом обычные топливные элементы решат проблемы большой энергетики? Топливо нужно?-нужно! Метанол из чего добывать будем, господа? Из бочки? Или из метана? Так метан проще сжечь сразу. Возни меньше с конверсией. Платина (родий, палладий) нужна? -безусловно! А сколько нафионовая мембрана стоит? И неужели "вредный" ЦЕОдва не получиться при сжигании? И еще один аспект, тщательно игнорируемый: а хватит ли платины на всех? На усю большую энергетику? Цена платины выросла за последнее время в ТРИ раза и растет дальше. Платины мало. А нанотрубки, извините, без настоящего катализатора - хлам, ничем не лучше сажи. Про фотолиз воды. Энто не тот ли фотолиз на оксидах железа и кобальта, про который неорганики жужжат? Если тот, то у меня вопрос к господам неорганикам. В чем фундаментальная проблема? Почему оный фотолиз не наблюдается на каждом американском огороде при нынешних ценах на бензин? В технические трудности, честно говоря, не верю. В начале двадцатого века на американских огородах работали те самые двигатели Стирлинга (рекламируемые как будущее энергетики) на дровах и хорошо работали. Должна быть какая весьма фундаментальная и "толстая" проблема, которая не дает возможности практического применения фотолиза, зато обеспечивает деньгами на бесконечное "улучшение и оптимизацию".
Парфенова Анна Валерьевна, 31 августа 2007 21:34 
отличная статья, кстати.
побольше бы таких :)
Shvarev Alexey Y, 01 сентября 2007 09:32 
Снимаю шляпу перед автором статьи. Статья весьма и весьма интересная, с кучей примеров. Евгений Алексеевич, а вдруг под шум нанотехнологий кто-нибудь найдет что-то принципиально новое? Фундаментально новое, именно там?
Гудилин Евгений Алексеевич, 01 сентября 2007 10:58 
Снимайте шляпу перед Левковичем - это
он все пережевывал. Насчет ФУНДАМЕНТАЛЬНО нового - это философия. Но чего-нибудь да улучшат (например, китайцы, пока все говорят о дележе денег в России). Причем улучшат так, что мы это будем покупать, чтобы оправдать выделенные государственные деньги. Я уже говорил как - то (когда немного ругался), что госфинансирование - это хорошо, но эти все проекты сопряжены с такой жуткой бюрократией, что могут служить только моральной компенсацией за работу по бумажному освоению бюджета. Вот с чем надо бороться. Равно как и с "болонскими штучками" в образовании и пр.
Гудилин Евгений Алексеевич, 01 сентября 2007 11:07 
Кстати, насчет водородной энергетики и топливных элементов. Да сделают чего-нибудь хорошее лет через 10 (может и без платины и нанотрубок, да и "нафион" - не идеал)! Но если водород будут получать электролизом воды, а при этом этот самый электролиз делать за счет ТЭЦ на буром угле или торфе - тогда экология точно полетит далеко. Поэтому насчет "кошерной" добычи топлива для топливных элементов - вопрос очень правильный, хотя его те, кто "в деле", по понятным причинам задавать не любят.
Павел Михайлович, 03 сентября 2007 11:55 
Shvarev Alexey Y очень привлекательна возможность использования топливных элементов (ТЭ)для своебразного хранения энергии, т.е. подвод электроэенргии с получением водорода, который затем на тех же ТЭ можно использовать для получения опять электроэнергии. КПД такого чуда 30-35%. Но считается, что с такими потерями можно в определенных случаях смириться, так как это дешевле и экологичнее чем работа мощных энергоблоков на переменных нагрузках. Что же касается использования ТЭ как непосредственных генераторов электроэнергии, то как я уже говорил, мощности пока не те, да и существуют более привлекательные во всех отношениях альтернативы.
На счет двигателей Стирлинга как будущего энергетики, уже отшумели. Теперь там новые идеи, как всегда публикуемые в power...
Латыпова Адель Ришатовна, 07 апреля 2008 14:32 
Скажите, что будет если создать в растворе постоянное электромагнитное поле и пропустить через раствор ионное излучение?

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Следы на песке
Следы на песке

Конкурс научно-популярных статей XI Всероссийской интернет - олимпиады ("Просто о сложном")
Конкурс научно-популярных статей, представленных авторами на основе своих публикаций в высокорейтинговых научных журналах. В статье авторам необходимо раскрыть суть разработки и объяснить сложные аспекты своей научной работы простым языком. Конкурс проводится совместно с eNANO (ФИОП).

Конкурс XI Всероссийской интернет - олимпиады для руководителей школьных проектов ("Конкурс тьюторов")
Конкурс руководителей школьных проектов (тьюторов) совместно с ОЦ "Сириус" и ФИОП для проведения летней проектной смены.

National Student Team Contest
A competition among bachelor and master students of higher school includes solving special tasks on nanotechnology and nanomaterials subjects in English to select the best national team members for participation in the International NanoOlympic contest on nanotechnology in Iran.

История нанотехнологий
Дроздов А.А.
Цикл лекций в рамках XI Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям для всех желающих – школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых, учителей и преподавателей: История нанотехнологий. Андрей Анатольевич Дроздов, к.х.н., доцент, Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова.

Проектная деятельность в школьном образовании: модный тренд или ключевое направление
Гладилин А.К.
Цикл лекций в рамках XI Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям для всех желающих – школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых, учителей и преподавателей: Проектная деятельность в школьном образовании: модный тренд или ключевое направление. Александр Кириллович Гладилин, д.х.н., профессор, Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова.

Люминесцентные материалы: не только красиво, но и полезно
Уточникова В.В.
Цикл лекций в рамках XI Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям для всех желающих – школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых, учителей и преподавателей: Люминесцентные материалы: не только красиво, но и полезно. Валентина Владимировна Уточникова, к.х.н., Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова.

Проектная работа

Сегодня становится все более популярной так называемая проектная работа школьников, однако на этот счет есть очень разные мнения. Мы были бы признательны, если бы Вы высказали кратко свое мнение по этому поводу путем голосования. Заранее благодарны!

Закон о реформировании РАН

В Совместном заявлении Совета по науке и членов Общественного совета Минобрнауки предлагается отозвать нынешний проект закона о "реформировании" РАН из Государственной думы и вернуться к его рассмотрению с соблюдением процедуры утвержденной постановлением Правительства РФ №851 от 25.08.2012, и указом Президента РФ №601 от 07.05.2012, которая была грубо нарушена. Мы предлагаем Вам высказать (анонимно) свое мнение в данном опросе, чтобы его статистические результаты были видны всем участникам опроса и общественности.

Проектная деятельность с точки зрения учителя

Это специальный опрос для учителей и представителей школ, которых мы просим оценить значимость предлагаемых материалов, мероприятий и перспективы их дальнейшего совершенствования на пути эффективного взаимодействия школ и ВУЗов. В опросе могут также участвовать школьники, студенты и аспиранты, особенно со своими критическими замечаниями в комментариях.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.