Уважаемые читатели!

Российские нанотехнологии выходят на новый уровень развития – международный. По крайней мере, такие выводы можно сделать после ряда событий, связанных с ГК «Роснанотех». Агентство Lux Research – достаточно известная мировая организация, которая проявляет интерес к новому потенциально мощному игроку нанорынка – России. Об этом мы упомянем в сегодняшнем выпуске.

Итак, обо всех событиях недели с 7 по 13 апреля 2008 года подробнее!

Материаловедение

Использование процессов самоорганизации и самосборки является особенностью современных нанотехнологий. Один из распространенных вариантов этого естественного способа создания наноматериалов реализуется при участии жидкостей. В его основе – молекулярные взаимодействия, более конкретно – силы поверхностного натяжения и связанные с ними капиллярные явления .

Применяя разнообразные приемы и акцентируя внимание на поведении нанотрубок при увлажнении-высыхании, авторы ряда работ продемонстрировали возможность получения из массивов углеродных нанотрубок уникальных материалов, перспективных для широкого применения.

Методы выращивания массивов углеродных нанотрубок (УНТ) на подложках теперь хорошо известны. Обычно используется химическое газофазное осаждение (CVD) в присутствии катализаторов. Могут быть получены массивы плотно упакованных нанотрубок – так называемые маты; массивы вертикально ориентированных углеродных нанотрубок на подложках — «лес» нанотрубок. Американские ученые проводили эксперименты на массивах УНТ высотой от 20 мкм до 1 мм, синтезированных при помощи двух типов Fe-катализаторов. В одном случае 5-нанометровую пленку Fe наносили непосредственно на кремниевую пластину, а в другом – 1-нанометровую пленку Fe на буферный слой Al₂O₃ толщиной 10 нм (в обоих случаях на пластине имелся 1-микрометровый слой SiO₂). Диапазон диаметров индивидуальных нанотрубок 10—15 нм.

Синтезированные массивы УНТ сначала помещали в раствор этанола, а затем сушили при комнатной температуре. При высыхании (испарении) под действием капиллярных сил формировалась новая структура. В массиве, синтезированном на катализаторе 5нмFe/SiO₂, происходило компактирование УНТ и их реорганизация в ячейки. Высота стенок ячеек примерно равна высоте исходного массива (50 мкм).

Результаты экспериментов показывают, что на формирование новой структуры влияют два фактора: величина капиллярных сил, действующих в массиве, и сила сцепления корней УНТ с подложкой. Смачивание плотных массивов, в которых расстояние между отдельными нанотрубками мало (от 10 до 100 нм), приводит к возникновению сильного капиллярного притяжения. Однако адгезия массива УНТ к подложке для образца также довольно сильная, поэтому основная часть нанотрубок остается закрепленной на подложке. При использовании катализатора с 1-нанометровой пленкой Fe и буферным слоем адгезия слабая, и капиллярные силы могут полностью оторвать нанотрубки от подложки, что приводит к самосборке материала, состоящего из отдельных островков. (Для желающих ознакомиться с работами о капиллярных явлениях поближе, рекомендуем прочитать статью полностью).

Фотография устройства на основе мезопористой пленки

Регулируемый транспорт протонов играет значимую роль в биологических процессах, таких как АТФ синтез, а также в технологически важных приложениях, к примеру, в водородных топливных элементах.

Управляемый транспорт протонов в ориентированных мезопористых плёнках оксида кремния – такие мембраны очень важны с практической точки зрения, так как могут быть использованы в сверхчувствительных сенсорах для биомолекул. Транспорт ионов через наноразмерные каналы демонстрирует уникальные характеристики, разительно отличающиеся от объёмного материала. Благодаря высокому соотношению поверхности к объёму поверхностными зарядами может полностью управляться ионная проводимость, так что проводимость изменяется на порядки. Следовательно, управляя поверхностной плотностью зарядов в каналах, может быть осуществлён быстрый транспорт ионов, молекул и даже отдельных белков. Однако чтобы такой транспорт был эффективен, диаметры каналов не должны превышать 10 нм при достаточно высокой ионной силе раствора (например, в соответствующей физиологической жидкости или при условиях, создаваемых в топливных элементах с высокой плотностью энергии).

Авторами работы среди множества мезопористых материалов на основе оксида кремния был выбран SBA-15, поры которого меньше 10 нм. Он был синтезирован с использованием блок-сополимерного темплатного золь-гель метода с последующим контролируемым отжигом. На рисунке 1 представлены данные рентгеновской дифракции и изображения растровой электронной микроскопии полученного материала.

После ряда экспериментов по измерению протонной и ионной проводимости без внешнего приложенного поля учёные показали, что созданное ими устройство позволяет в 2–4 раза увеличить скорость ионного транспорта, а так же значительно расширить концентрационные границы применимости подобного подхода.

Учёные уверены, что управляемый низким напряжением ионный транспорт в скором времени найдёт применение в ряде наноустройств, к примеру, для манипулирования, разделения биомолекул и определения отдельных пептидов и аминокислот, а также в устройствах преобразования энергии, таких как протонобменные мембраны топливных батарей, фотоэлектрохимические ячейки и топливные элементы на основе ферментных катализаторов.

Нанобиотехнологии

Нановолокна

Исследователи из Northwestern University (США) разработали жидкий материал, который препятствует образованию рубцов в местах повреждения нервных волокон и поддерживает их рост. Такая жидкость удобна в использовании – она просто вводится в область повреждения при помощи шприца. После попадания в организм молекулы, содержащиеся в жидкости, в присутствии ионов кальция и натрия самособираются в каркас из нановолокон, на котором растут нервы.

Восстановление нервных волокон является очень непростой задачей. Биомолекулы на поверхности нановолоконного каркаса заставляют стволовые клетки развиваться в нервную ткань, а не в соединительную ткань рубца.

Учеными было показано, что новая жидкость восстанавливает работу задних конечностей парализованных мышей. Ранее такой эффект мог быть достигнут только путем хирургического имплантирования различных материалов. Нановолокна распадаются за 3–9 недель на питательные вещества.

Гидроксиапатит Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ (ГАП) и силикат кальция CaSiO₃ в последнее время вызывают огромный интерес в связи с их использованием в качестве биоматериалов. Они химически стабильны, биоактивны, биосовместимы и могут применяться для конструирования костной ткани и доставки лекарств. Наноструктурированые полые частицы на основе этих материалов могут быть нагружены различными веществами, например, противовоспалительными препаратами, коллагеном или костными морфогенетическими белками (BMP), которые будут способствовать исцелению костных повреждений.

Исследователи из Китая смогли получить пористые капсулы ГАП и CaSiO₃. Для этого они использовали темплат из частиц CaCO₃. Синтез выглядит следующим образом. Сначала были получены ядра из карбоната кальция путем реакции ацетата кальция Ca(CH₃COO)₂ и гидрокарбоната натрия NaHCO₃ в смеси воды и этилен-гликоля при комнатной температуре. Далее полученные частицы карбоната обрабатывались раствором, содержащим либо ионы PO₄³⁻, либо SiO₃²⁻, что приводило к образованию оболочек из ГАП или силиката соответственно. В случае ГАП карбонат удалялся при воздействии разбавленной уксусной кислоты, а в случае силиката проводилась термообработка при 900°C, вследствие чего карбонат разлагался. В результате получились полые оболочки из ГАП или силиката кальция.

Частицы CaCO₃ имеют вид эллипсов диаметром 400 нм и длиной 800 нм. Путем изменения условий синтеза можно варьировать размеры частиц. Оболочки из ГАП и силиката имеют примерно такие же размеры. Стенки оболочек образованы нанопластинками и имеют пористую структуру. Толщина стенок также может варьироваться. Площадь поверхности (BET) достигает 220 м²/г, что является очень большим значением для пористых материалов на основе ГАП.

Были проведены исследования способности материалов нести лекарственные препараты и высвобождать их. В качестве нагрузки был взят ибупрофен – типичный противовоспалительный препарат. В 1 г оболочек из ГАП помещается 460 мг ибупрофена. При помещении оболочек в SBF (simulated body fluid) лекарство начало медленно высвобождаться.

Наноэлектроника

Модель эпитаксиального графена

С графеном связано множество надежд о будущем электроники. Однако существующие методы его получения обладают значительными недостатками. В частности, расщепление графита на слои выглядит трудно масштабируемым. Альтернативой является эпитаксиальный рост графена, однако в этом случае трудно добиться получения достаточно крупных листов, обладающих равномерной толщиной. Кроме того, сильные взаимодействия с подложкой могут искажать свойства графена.

Исследователи из Brookhaven National Laboratory (США) показали, что при эпитаксиальном росте графена на поверхности Ru(0001) формируются макроскопические графеновые области . При этом рост протекает послойно, и, хотя первый слой сильно связан с подложкой, второй практически с ней не взаимодействует и сохраняет все уникальные свойства графена.

Синтез основан на том, что растворимость углерода в рутении сильно зависит от температуры. При 1150 °С рутений насыщается углеродом, а при снижении температуры до 825 °С углерод выходит на поверхность, в результате чего формируются островки графена размером более 100 мкм. Островки разрастаются и объединяются, после чего начинается рост второго слоя.

Расстояние между первым слоем графена и рутением составило около 1.45 Å, а между слоями графена близко к таковому для графита (3.34 Å). Были проведены измерения электрического сопротивления в слоях графена и между ними. Оказалось, что сопротивление между слоями в 1000 раз больше, т.е. электронное взаимодействие между слоями слабо.

Бизнес

Осторожно! Нанотехнологии! – По мнению исследователей, такое предупреждение должно быть вписано в этикетку , прилагаемую к потребительским товарам, изготавливаемым с применением нанотехнологий.

Речь пока идет о наночастицах серебра, используемых для пропитки носков (с целью удаления запаха пота) и в качестве антибактериальных агентов в медицинских бинтах. Исследования, проведенные Т. Бэном и П. Вестерхофом (T.Benn, P.Westerhoff) из Университета штата Аризона (Arizona State University), показали, что наночастицы серебра вымываются при нескольких стирках, попадая в окружающую среду и причиняя вред водным микроорганизмам.

Бэн и Вестерхоф провели испытания носков и бинтов, пропитанных наночастицами серебра, от семи производителей. Опустив их в дистилированную воду на один час, они затем исследовали состав результирующей воды и обнаружили в ней токсичные ионы и наночастицы серебра. Ионы серебра уменьшают запах пропотевшей ткани, воздействую на соответствующие бактерии. В бинтах ионы серебра угнетают размножение бактерий, которые могут вызвать инфекционное заражение кожи. Однако, попадая в кровеносные сосуды через царапины и ссадины на коже (здоровая кожа является эффективным барьером для наночастиц), ионы серебра могут пагубно воздействовать на микроорганизмы, важные для жизнедеятельности человека. Токсичность наночастиц серебра уже установлена Агентством по защите окружающей среды (Environmental Protection Agency, EPA).

Исследователи рекомендуют, чтобы EPA потребовала от производителей усовершенствовать технологию пропитки, добившись более прочной связи наночастиц с тканью, чтобы исключить их вымывание при стирке.

Недостаток поликристаллического кремния для солнечной технологии на мировом рынке расшевелил и Россию . Здесь планируют создать 7 новых заводов по его производству. Самый большой завод, Nitol Solar, вблизи Иркутска, уже приступил к производству с января с.г. К 2009 г. производительность Nitol должна достичь 3700 тонн поликремния в год.

Компания Nitol Solar Ltd. – международная вертикально интегрированная компания, основной бизнес которой связан с научными разработками и производством продукции, используемой для генерации солнечной электроэнергии, основана в 2006 г.

В начале 2007 г. компания приобрела реактор (стоимостью 49 млн. долларов) для приготовления поликремния из трихлорида кремния у компании GT Solar (Merrimack, Нью-Хэмпшир, США) и установила его на своем заводе Усолье Иркутской области. Текущая продукция Nitol – вся цепочка от сырьевых материалов (хлорин и водород) до трихлорсилана и поликремния для солнечных элементов. Производство продукции, ориентированной на солнечную энергетику, было запущено в 2007 г.

В ноябре 2007 г. Nitol заключила соглашение с китайской Suntech Power Holdings Co. Ltd., производителем фотовольтаических ячеек и модулей, на поставку поликремния в течение 7 лет. В январе 2008 г. Nitol Solar заключила соглашение с Evergreen Solar, Inc (“Evergreen”, Marlboro, Массачусеттс, США) на поставку поликремния класса «для солнечных ячеек» в течение 7 лет, начиная с 2009 г. по фиксированной цене. Объем поставок должен обеспечить компании Evergreen произвести солнечных ячеек с общей емкостью 400 МВт.

События

Нанотехнологии – главные игроки

10 апреля в Москве, в конференц-зале бизнес-центра «Александр-хаус», по приглашению Государственной корпорации «Российская корпорация нанотехнологий (ГК «Роснанотех»), исследовательское агентство LUX Research (США) провело презентацию «Глобальные рынки нанотехнологий».

Со вступительным словом выступил руководитель ГК «Роснанотех» Меламед Л.Б. После традиционного русского «поехали», компанию LUX Research представил Раймонд Кримерс (Raymond Creemers), директор епропейского отделения компании. Господин Раймонд Кримерс отметил, что компания рада сотрудничеству с ГК «Роснанотех» и содействию в решении задачи становления России в качестве одного из мировых нанотехнологических центров («powerhouse»).

В качестве докладчика выступила аналитик компании, наша соотечественница из Томска, ныне живущая в США, Евгения Пекарская (Ph.D).

LUX Research является ведущей организацией в области анализа международных нанотехнологических рынков и сотрудничает с государственными органами и крупнейшими частными компаниями по всему миру.

В ходе презентации были освещены объемы и прогнозы рынков нанотехнологий, нанотехнологическая активность крупнейших мировых экономик и другие актуальные темы. Участники презентации получили обширный взгляд на многие аспекты мировой наноиндустрии по версии одного из самых авторитетных исследовательских агентств. Целью презентации стало формирование общего видения участников наносообщества на роль и место России на глобальных нанотехнологических рынках.

В ближайшее время, по словам представителя компании, Россия претендует на выход из зоны «Младшей лиги» либо в зону «Мечтателей», либо даже в зону «Доминант» — всё будет зависеть от того, удержит ли наша страна набранный темп своей активности в этой области.

В рамках III инновационного форума Росатома пройдет конкурс научно-технических работ студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодые таланты».

Основными направлениями конкурса являются: промышленная диагностика, лазерные, плазменные и ускорительные технологии, сверхпроводниковые технологии, водоочистка и водоподготовка, нанотехнологии и материалы с заданными свойствами очистка сред и экология, энергетика и энергосбережение, безопасность, физическая защита, прогнозирование рынков потребления высоких технологий (форсайт).

Работы принимаются с 14 апреля по 15 мая, итоги конкурса в начале июня, награждение – 9 июня на III инновационном форуме Росатома.

Подробная информация о конкурсе: http://www.runtech.ru/node/1217

Научный совет РАН по научному приборостроению, Компания «И. Джей Краузе & Эсоушиэтс» при поддержке Российской академии наук, Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии, Российского фонда фундаментальных исследований в период с 13 по 15 октября 2008 года проводят 2-ю Международную специализированную выставку приборов и оборудования для научных исследований «SIMEXPO — Научное приборостроение — 2008»

Место проведения

г. Москва, МВЦ «КРОКУС-ЭКСПО», Зал № 1 Павильона 1.

Общая информация

«SIMEXPO — Научное приборостроение — 2008» — единственная в России, уникальная специализированная выставка, дающая возможность специалистам ознакомиться с научными разработками и новейшими технологиями, применяемыми в различных областях науки в рамках одной специализированной выставки.

В выставке принимают участие ведущие отечественные и зарубежные компании, предприятия и организации — производители научных приборов и оборудования, предназначенных для исследований во всех областях современной науки, компонентов и материалов для производства и эксплуатации научных приборов, а также представительства и официальные дилеры ведущих зарубежных компаний. В состав Экспертного Совета Выставки входят известные ученые, руководители отраслевых организаций.

Экспертный совет выставки возглавляет Председатель научного совета РАН по научному приборостроению академик Крохин Олег Николаевич.

Итак, наш тринадцатый выпуск подошел к концу!

Напоминаем, что если у вас есть какие-либо замечания или пожелания насчет состава рубрик или того, что бы вы хотели видеть в следующих выпусках – пишите !

До встречи через неделю!

Составитель – Свидиненко Юрий