Нанотехнологии и наноматериалы – наше будущее

О нанотехнологиях вдруг заговорили мощно все – от ученых до чиновников президентской администрации. Россия официально заявила о приоритетном финансировании этого научного направления, для чего на высшем правительственном уровне объявлено о создании корпорации «Роснанотех». Конкурс за право стать головной научной организацией работ в области нанотехнологий и наноматериалов в РФ выиграл Российский научный центр «Курчатовский институт».

Как посчитали эксперты, одним из главных «козырей» «Курчатника» является первый специализированный российский источник синхротронного излучения, который вместе с нейтронным реактором ИР-8 уже стал основой для развертывания работ в области нанотехнологий. Что же такое нанотехнологии и чем они «грозят» нашей стране, обозреватель «ВМ» попытался выяснить у заведующего лабораторией Курчатовского института, кандидата технических наук Кирилла Потловского.

Кирилл Потловский

Что такое нанотехнологии?

Кирилл Геннадьевич, для начала давайте разберемся: почему общее название технологий, о которых пойдет речь, снабжено приставкой «нано»?

Эта приставка говорит об уменьшении основной единицы измерения в миллиард (или в десять в девятой степени) раз. В данном случае имеется в виду нанометр – одна миллиардная метра. Это барьер, за которым уже «ощущаются» характерные размеры атомов. Скажем, период кристаллической решетки кремния – основного химического элемента, применяемого в современной микроэлектронике, – составляет 5,4 Ангстрема (Ангстрем – одна десятая нанометра). Поэтому под нанотехнологиями принято понимать набор научно обоснованных приемов, позволяющих оперировать с группами атомов или даже с отдельными атомами. Спектр применения этих технологий невероятно высок.

Например, медикам известна аллергия на контрастное вещество, вводимое в кровь пациента перед рентгеновским обследованием. Так вот, нанотехнологии позволяют изготовить безвредный для человека углеродный контейнер, внутрь которого можно поместить всего несколько атомов контрастного вещества, и при этом удастся избежать непосредственного контакта человеческих тканей с веществом-аллергеном. А в энергетике с использованием нанотехнологий можно построить ячейки и контейнеры для безопасного хранения водорода чуть ли не на улице.

Это пока фантастика или в лабораториях уже ведутся работы с конкретными результатами?

Нанотехнологии – уже не фантастика. Например, у меня дома лежат так называемые наноноски. Это обычные носки, покрытые наночастицами серебра. Дело в том, что серебро, попавшее внутрь организма, – сильнейший яд. На поверхности же человеческого тела этот металл – наоборот, наш союзник: он очень эффективно убивает болезнетворные бактерии (вспомните серебряные столовые приборы, неизменно ценившиеся во все времена). И, скажем, в больницах и госпиталях атомы серебра могли бы сослужить человечеству огромную службу, сохраняя перевязочный материал стерильным фактически даже в условиях открытого хранения. Но как этого добиться на практике? Нанотехнологииподсказывают, как именно: достаточно обработать ткань так называемым ультраколлоидным раствором серебра – и, пожалуйста, носите себе на здоровье. В России такие вещи уже выпускает одна петербургская текстильная фирма.

Сколько стоят такие носки? Ведь серебро – все-таки драгметалл…

Немногим дороже обычных носков: общий вес серебра там – тысячная доля грамма.

Наверное, они требуют бережного обращения…

Да нет, носки как носки. Правда, выдерживают всего около десяти стирок.

Молекула, вам укольчик!

Но мне до сих пор казалось, что нанотехнологии прежде всего призваны обеспечить внедрение чужеродной, искусственно созданной микроструктуры в живой организм с целью оказать ему помощь. Например, в научно-популярной и околонаучной прессе активно обсуждаются перспективы крионики – набора технических методов, позволяющих подвергнуть неизлечимо больного пациента глубокой заморозке сразу же после его клинической смерти в надежде, что будущие поколения найдут возможность справляться с ныне смертельными недугами, и сразу после разморозки обреченный обретет исцеление. Так вот, апологеты крионики убеждены, будто безопасную разморозку обеспечат именно нанотехнологии – при помощи так называемых нанороботов.

Вот это как раз пока фантастика. Прежде всего потому, что главный ущерб биотканям при разморозке наносят ледяные кристаллики, рвущие клеточные мембраны. И я не очень представляю, как нанотехнологии (по крайней мере в обозримой перспективе) могут справиться с этой проблемой. Но мы занимаемся и «внедрением искусственных структур», говоря вашими словами. Так, источник синхротронного излучения, возле которого мы беседуем, помогает реализовать одну из важнейших задач нанотехнологий – непосредственную доставку лекарства к пораженной точке человеческого организма.

С помощью большого накопительного кольца «Сибирь-2» мы расшифровываем структуры белковых молекул, которые потом можно использовать в лекарственных препаратах, и пытаемся понять, как именно в силу своей геометрии эта молекула будет взаимодействовать с живой тканью. Фактически это и есть нанотехнологии в чистом виде, потому что здесь мы имеем дело с «тонкой настройкой» атомно-молекулярного мира. За рубежом уже опубликованы работы, авторы которых утверждают, что смогли «увидеть» отдельные атомы углерода при помощи так называемого зондового микроскопа.

А что собой представляет зондовый микроскоп?

Это очень тонкая кремниевая игла с диаметром острия порядка нанометра. С ее помощью можно фактически «ощупывать» поверхность, различая отдельные молекулы и атомы. Подведя же к кончику иглы электрический потенциал, реально вырывать отдельный атом из окружения и, перетаскивая его на другое место, изменять геометрию кристаллической решетки.

То есть можно превращать графит в алмаз?

Теоретически да. Но стоить он будет много дороже самых крупных самородков, продающихся на самых дорогих биржах мира. Пока приемы зондовой микроскопии – скорее научные игрушки, отлично тем не менее демонстрирующие перспективные возможности нанотехнологий.

Не прозевать старт

С чем связан неимоверный ажиотаж вокруг нанотехнологий в России?

Поколение назад наша страна проиграла гонку в микроэлектронике. Все, что делается сейчас в этой области человеческой деятельности, придумано, за редчайшим исключением, не нами. Конечно, можно, затратив гигантские средства, попытаться догнать ушедших далеко вперед лидеров. И… убедиться, что сделано это напрасно: не сегодня-завтра человеческая цивилизация исчерпает возможности микроэлектроники. Дальше уменьшать приборы и устройства уже нельзя изза принципиальных ограничений на размер кристалла кремния – основного химического элемента, применяемого в микроэлектронике.

Значит, надо либо переходить на другой элемент (и тем самым менять все основы микроэлектроники), либо вообще отказываться от микроэлектроники, ведь за ближайшим поворотом – уже нанотехнологии. Понятно, что второй путь плодотворнее. А наша страна сейчас находится в уникальной ситуации. На стартовой позиции в силу развитых научных школ и пока имеющихся кадров мы остальному миру практически не уступаем, поэтому важно не проиграть уже после «отмашки» в начальной фазе самой «гоночной дистанции».

Но мы сегодня говорили об исследованиях, проводящихся в тиши научных лабораторий. Значит ли это, что главный «старт» еще не дан?

Конечно, пока нанотехнологии в основном удел ученых. И наша задача – выйти как можно скорее на опытное, а потом и на промышленное производство. В России уже производится целый ряд нанопродуктов, востребованных на рынке: наномембраны, нанопорошки, нанотрубки. Думаю, потребуется всего несколько лет, чтобы подготовить к выходу на рынок продукцию следующего поколения: наноэлектронные устройства, средства доставки лекарств микросистемной техники, наноуглеродные материалы. А лет через десять настанет пора продуктов нанобиотехнологий и гибридных приборов.

Всего один пример: на минувшем Международном авиационно-космическом салоне в Жуковском Институт ядерного синтеза нашего научного центра заключил договор с НПО «Сатурн» и Уфимским моторостроительным производственным объединением на выпуск модифицированного турбинного покрытия. Наши ученые вышли на эту тему, ведя исследования по международному проекту «ИТЭР» в области управляемого термоядерного синтеза. Там нужно было разработать покрытие, выдерживающее температуру раскаленной плазмы. Так что теперь термояд косвенно поможет нашим авиаторам получить сверхпрочные турбины.

А чем непосредственно занимается ваша лаборатория?

Сейчас мы совместно с немецкими коллегами создали микрореактор для смешивания жидкостей в мельчайших объемах (до одного миллилитра). Это устройство незаменимо, если в результате химической реакции может образовываться особо опасное вещество, а возможности изолировать лабораторию от внешней среды нет. Раз речь идет о микрообъемах, то и опасность в случае ЧП намного меньше. Это, конечно, пока еще не нанотехнологии – как говорится, «болванки», «нанодрова». Но это реальные научные заготовки, которые обязательно пригодятся в ближайшем будущем.

Дмитрий АНОХИН

http://www.vmdaily.ru/article.php?…

Интересное интервью молодого исследователя, находящегося, так сказать, «на переднем крае» научных исследований в области НТ. И пусть его научный опыт и кругозор пока ещё наверняка уступают опыту и кругозору наших признанных мЭтров (Е.Велихов, Ж.Алфёров, М.Ковальчук), тем не менее его свидетельства несут дух научного энтузиазма и романтики, которые так нужны для привлечения в науку нашей молодёжи… Успехов ему и всем его коллегам на пути творческого познания тайн природы и новых достижений в создании новых технологий, материалов и препаратов!..