Конец одного и начало следующего года – особенное время, когда человечество посещает желание проанализировать прошлое и задуматься над тем, что впереди. И в начале нового года мы хотим сделать обзор 10 наиболее важных достижений в нанотехнологиях с начала их развития, касающихся материаловедения.

Так начинает свою публикацию в посленовогоднем выпуске журнала Materials Today [1] Дж.Вуд (J.Wood), один из его редакторов, задаваясь вопросом, какие события последних 50 лет определили сегодняшнюю высокую динамику развития материаловедения. Вуд выделяет 10 событий (не включая сюда открытие высокотемпературной сверхпроводимости, очевидно, как событие, значимое больше для физиков, чем для материаловедов).

На первом месте – «Международная маршрутная карта для полупроводников» (International Technology Roadmap for Semiconductors – ITRS), не научное открытие, а, собственно, документ (аналитический обзор), составленный большой международной группой экспертов (в 1994 г. к составлению Карты привлекали более 400 технологов, а в 2007 г. – уже более 1200 специалистов от промышленности, из национальных лабораторий и академических оранизаций). Объединив науку, технологию и экономику, Карта устанавливает цели, достижимые в заданный период времени, и наилучшие пути движения к ним. Финальный отчет (в 2007 г. он содержит 18 глав и 1000 страниц текста) – это результат консенсунса между большей частью экспертов, достигнутый после длительных дискуссий. С подобной проблемой столкнулись российские организаторы наноисследований при выборе цели наноразработок. Они пытаются в сжатые сроки «инвентаризировать» уже «наносущее» в России и, призвав спешно создаваемые экспертные советы, найти оптимальное направление русла развития. Знакомство с содержанием отчета ITRS и опыт организации этих исследований, очевидно, мог бы быть полезен.

Рис. 1. Полупроводниковые исследования на базе ITRS

Второе место – сканирующая туннельная микроскопия – не вызывает никакого удивления, ведь именно это изобретение (1981 г.) послужило толчком к наноисследованим и нанотехнологиям.

Третье место – эффект гигантского магнитосопротивления в многослойных структурах из магнитных и немагнитных материалов (1988 г.), на его основе созданы считывающие головки для жестких дисков, которыми сегодня оснащены все персональные компьютеры.

Четвертое место – полупроводниковые лазеры и светодиоды на GaAs (первая разработка датируется 1962 г.), основные компоненты телекоммуникационных систем, CD и DVD плееров, лазерных принтеров.

Пятое место – снова относится не к научному открытию, а к грамотно организованному в 2000 г. мероприятию по продвижению массированных перспективных научных исследований – т.н. «Национальная нанотехнологическая инициатива» США. Наука всего мира теперь многим обязана энтузиастам этой инициативы – тогдашнему президенту Б. Клинтону и д-ру М. Роко (Mihail C. Roco) из Национального научного фонда США. Общемировой объем финансирования наноисследований в 2007 г. превысил 12 млрд. долл. Соответсвующие научные программы запущены в 60 (!) странах мира. К слову, немного не понятна позиция некоторых российских ученых, недовольных «нанопургой» [например, 2], ведь именно эта пурга заставила российское правительство наконец повернуться лицом к науке.

Рис. 2. Велосипед, армированный нановолокнами

Шестое место – пластмассы, армированные углеродными волокнами. Композитные материалы – легкие и прочные – преобразовали многие отрасли: авиастроение, космические технологии, транспорт, упаковочные материалы, спортивное снаряжение.

Седьмое место – материалы для литиевых ионных батареек. Трудно себе представить, что еще недавно мы обходились без лаптопов и мобильных телефонов. Эта «мобильная революция» была бы невозможна без перехода от перезаряжаемых батареек, использующих водные электролиты, к более энергоемким литиевым ионным батарейкам (катод – LiCoO₂ или LiFeO₄, анод – углеродный).

Восьмое место – углеродные нанотрубки (1991 г.), их открытию предшествовало не менее сенсационное открытие в 1985 г. фуллеренов C₆₀. Сегодня поразительные, уникальные и многообещающие свойства углеродных наноструктур находятся в центре самых «горячих» публикаций. Однако остается еще много вопросов к методам их массового синтеза с однородными свойствами, методам очистки и технологиям их включения в наноприборы.

Рис. 3. Метаматериал, поглощающий электромагнитное излучение

Девятое место – материалы для мягкой печатной литографии. В производстве сегодняшних микроэлектронных приборов и схем, запоминающих сред и других изделий центральное место занимают литографические процессы, и в ближайшем будущем альтернативы не видно. Мягкая печатная литография использует упругий штамп из полидиметилоксисилана, который можно применять многократно. Метод можно использовать на плоских, изогнутых и гибких подложках при достигнутом на сегодня разрешении до 30 нм.

И, наконец, десятое место, заняли метаматериалы, придуманные учеными и не имеющие аналогов в природе. Реальные структуры были созданы впервые в 2000 г., перспективны для создания совершенных линз (для радиолокационного диапазона длин волн) и для формирования покрытий, полностью поглощающих электромагнитное излучение определенного диапазона длин волн (создание объектов-невидимок). Другие необыкновенные применения впереди.

Автор: С.Т.К.