В. В. Лучинин

НАНОИНЖЕНЕРИЯ – ОСНОВА ШЕСТОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УКЛАДА

Введение

Наноинженерию можно определить как деятельность, направленную на создание интеллектуальной и материальной нанопродукции, т. е. такой продукции, отличительными особенностями которой являются:

–использование нетрадиционных наноразмерно зависимых свойств материалов и систем при переходе к наномасштабам;

–обеспечение ранее недостижимых технико-экономических показателей и областей применения;

–достижение высокого уровня интеллектуально добавленной стоимости, определяемой доминирующим вкладом «человеческого капитала».

Анализ общественно-экономической системы с позиций эффективности создания и использования продукции с высоким уровнем интеллектуально добавленной стоимости предполагает обращение к такому «модному» сейчас понятию, как «технологический уклад» [1]–[4].

На современном этапе лидерами мировой экономики в качестве «локомотива», обеспечивающего переход в так называемый шестой технологический уклад, определена технология с приставкой«нано», характеризующей область приложения усилий в отношении используемых процессов и создаваемых объектов.

В основе прогнозируемого технического прорыва на наноуровне, форсируемого промышленно развитыми странами, лежит использование ранее неизвестных свойств и функциональных возможностей материальных систем при переходе к наномасштабам, определяющих особенности процессов переноса и распределения заряда, энергии и информации при наноструктурировании.

Следует также отметить, что на наноразмерном уровне появляются новые возможности в плане создания и использования«интерфейса» между объектами неорганической и органической природы, возникают предпосылки для синтеза систем, ранее неизвестных не только по составу и (или) структуре, но и по свойствам, а значит – по функциональным возможностям.

21

Таким образом, можно выделить две важнейших особенности наноинженерной деятельности:

–междисциплинарный характер знаний и исследований;

–межотраслевой характер научно-производственной деятельности. Все это предопределяет направление и особенности формирова-

ния естественно-научного базиса и профессионально-ориентирован- ного кадрового обеспечения наноиндустрии.

Учитывая ранее изложенное представим основные тенденции развития научно-образовательного базиса наноинженерной деятельности, определяющие перспективы и сроки достижения нового технологического уклада.

В основе далее развиваемых представлений лежат следующие положения:

–приставка «нано» – это скорее обобщенное отражение объектов исследований, прогнозируемых явлений, эффектов и способов их описания, чем простая характеристика протяженности базового элемента, которая формально определена от единиц до ста нанометров;

–базовые термины с приставкой «нано» должны наиболее полно отражать именно проявление функционально-системных свойств материалов, процессов и явлений, а не просто геометрические параметры объектов;

–под технологическим укладом следует понимать уровень производства, характеризующийся совокупностью базовых технологий, опирающихся на достигнутый ресурсный, научно-технологический и кадровый потенциалы;

–основными факторами, определяющими динамику становления

иразвития нового технологического уклада, являются не только экономические стимулы, но и ряд базовых приоритетов государства, таких как национальная и технологическая безопасность, а также социальная востребованность продукции и предоставляемых услуг.

Понятие о технологическом укладе

Понятие о технологическом укладе формируется из теоретических представлений о циклической динамике процессов в экономике, развитых русским ученым-экономистом Н. Д. Кондратьевым [1]. В ос-

22

нове его теории лежит представление о существовании длительных (около 50 лет) экономических циклов, по которым осуществляется переход производительных сил на следующий, более высокий уровень развития. Считается [2], что термин «технологический уклад» («волна») введен российскими учеными-экономистами .ДС. Львовым и С. Ю. Глазьевым. (Согласно толковому словарю «уклад» – это обустройство, установившийся порядок жизни.)

В соответствии с представлениями Н. Д. Кондратьева временная динамика научно-технических революций опосредованно определяет переход к новому технологическому укладу. В [3] указывают на пять так называемых волн, соответствующих во времени определенным технологическим укладам, и на зарождение шестого технологического уклада в ряде наиболее развивающихся стран: США, Японии, КНР. В табл. 1 представлены результаты нашего анализа данных волн, ориентированные на выявление базовых технологий, определяющих становление технологического уклада и его особенности, т. е. признаки, характеризующие его несомненную новизну. Представлен также наш прогноз развития базовых технологий шестого технологического уклада, который начнет оформляться в 2010–2020 годах, а в фазу зрелости вступит в 2040-е годы [4].

Таблица 1

Характеристики технологических укладов

23

Окончание табл. 1

Для анализа всего комплекса технологий, определяющих формирование шестого технологического уклада, обратимся лишь к направлениям микро- и наноинженерии.

Базовые понятия наноинженерной деятельности

Приставки, идентифицирующие инженерную деятельность по характеристическим геометрическим размерам, имеют следующие исходные значения:

–микро – малый (от греческого MIKROS);

–нано – карлик (от греческого NANNOS).

Применительно к наноиндустрии границы геометрического фактора в отношении возникновения новых нетрадиционных свойств, не прису-

щих макро- и микросистемам, формально определены от единиц до 100 нанометров [5]. Однако вполне очевидно, что некоторый характеристический размер, идентифицирующий изучаемый объект по геометрическому параметру (толщина пленки, диаметр кластера или нанотрубки и т. п.), должен рассматриваться не просто как абсолютная величина, а в отношении к определенным фундаментальным параметрам материалов, имеющим аналогичную метрическую размерность. Особенно сложно определить границы геометрического фактора применительно к биообъектам, обладающим многообразием связей и конформаций.

24

Развивая и обобщая наши представления об инженерной деятельности в области индустрии наносистем, а также анализируя ранее опубликованные работы [5]–[8], определим ряд базовых терминов с приставкой «нано», наиболее полно отражающих проявление именно функционально-системных свойств, а не просто геометрических особенностей (параметров) объектов.

Наносистема – материальный объект в виде совокупности упорядоченных или самоупорядоченных, взаимосвязанных элементов с нанометрическими характеристическими размерами, кооперация которых обеспечивает возникновение у объекта новых свойств в виде кван- тово-размерных, синергетически-кооперативных, «гигантских» эффектов и других явлений и процессов, связанных с проявлением наномасштабных факторов.

Наноматериалы – вещества, представляющие собой искусственно или естественно упорядоченные или неупорядоченные системы базовых элементов с нанометрическими характеристическими размерами и особым проявлением физического и(или) химического взаимодействий при кооперации наноразмерных элементов, обеспечивающих возникновение у материалов и систем совокупности ранее неизвестных механических, химических, электрофизических, оптических, теплофизических и других свойств, определяемых проявлением наномасштабных факторов.

Нанотехнологии – деятельность по использованию совокупности методов синтеза, сборки, структуро- и формообразования, нанесения, удаления и модифицирования материалов, включая систему знаний, навыков, умений, аппаратурное, материаловедческое, метрологическое, информационное обеспечение процессов и технологических операций, направленных на создание материалов и систем с новыми свойствами, обусловленными проявлением наномасштабных факторов.

Нанодиагностика – совокупность специализированных методов исследований, направленных на изучение структурных, морфолого-топо- логических, механических, электрофизических, оптических, биологических характеристик наноматериалов и наносистем, анализ наноколичеств вещества, измерение метрических параметров с наноточностью.

Наносистемотехника – совокупность методов моделирования, проектирования и конструирования изделий различного функционального назначения, в том числе – наноматериалов, микро- и наносистем,

25