Lecture_No_01,02
.pdf•Япония создала специальный отдел, который уже в августе 2000 года опубликовал доклад, озаглавленный «Нанотехнология на пороге XXI века» и нацеленный на решительную интенсификацию нанотехнологических исследований. Еще через несколько месяцев, в марте 2001 года была опубликовала более детальная и деловая программа стратегии развития нанотехнологии в Японии, озаглавленная «Нанотехнология и будущее общество». Основными положениями этой программы являются следующие:
•1. Япония должна сконцентрировать усилия, прежде всего, в нескольких ключевых отраслях (информационные технологии, биология, охрана окружающей среды, энергетика, материаловедение), имеющих приоритетное значение для намеченной правительством цели - создания общества «гармонии с природой».
•2. Исследования в этих направлениях должны быстро получить серьезную финансовую поддержку.
•3. В течение 5-10 лет должны быть реализованы первые краткосрочные, так называемые «флагманские» проекты, на основе которых будут дальше осуществляться по-настоящему «революционные», фундаментальные исследования, для которых тоже необходимо выделить соответствующие финансовые средства.
•4. На государственном уровне должна быть разработана общенациональная стратегия развития нанотехнологий. Необходимо создать систему взаимодействия между правительственными, промышленными и научными ведомствами и организациями и учреждениями, которая могла бы обеспечить быстрое и эффективное проведение исследований, а также
внедрение их результатов в промышленное производство. |
31 |
2000 год. Администрация США поддержала создание Национальной Инициативы в Области Нанотехнологии\National Nanotechnology Initiative.
Нанотехнологические исследования получили государственное финансирование.
Финансирование исследований по нанотехнологии по годам: верхняя линия отражает затраты правительств других стран, нижняя - правительства США.
32
Государственные расходы на развитие нанотехнологий в различных странах
33
Программа США в области нанотехнологий
В заявлении президента США Б. Клинтона 21 января 2000 года были указаны некоторые конкретные цели и ожидания, связанные с развитием нанотехнологий. В частности, президент особо выделил три направления исследований:
1.создание новых материалов (очень легких и в десятки раз более прочных, чем привычная сталь),
2.разработка запоминающих устройств повышенной мощности
(способных сохранить всю информацию Библиотеки Конгресса США на крошечном чипе),
3.развитие новых методов борьбы с раковыми заболеваниями
(позволяющих обнаруживать опухоль буквально при появлении первых пораженных клеток).
Решение этих весьма важных проблем, действительно, включено в 20летний план развития нанотехнологий США
34
Широкий интерес к нанообъектам, обусловлен по крайней мере, тремя обстоятельствами:
Во-первых, методы нанотехнологии позволяют получить
принципиально новые устройства и материалы с характеристиками, значительно превосходящими их современный уровень, что весьма важно для интенсивного развития многих областей техники, биотехнологии, медицины, охраны окружающей среды, обороны и т.д.
Во-вторых, нанотехнология оказалась весьма широким междисциплинарным направлением, объединяющим специалистов в области физики, химии, материаловедения, биологии, медицины, технологии, наук о Земле, компьютерной техники, экономики, социологии и др.
В-третьих, решение проблем нанотехнологии выявило много пробелов как в фундаментальных, так и в технологических знаниях,
что опять-таки способствовало концентрации внимания научно-инженерного сообщества в этом направлении.
Во многих странах (США, Объединенная Европа, Япония, Россия, Китай и др.) приняты национальные программы, предусматривающие интенсивное развитие нанотехнологических исследований и разработок. Большое внимание уделяется и подготовке кадров.
35
Некоторые из приоритетных направлений нанотехнологии, разрабатывающих новые перспективные методы, материалы и устройства:
-молекулярный дизайн материалов и веществ с заданными свойствами, значительно превосходящими свойства их современных аналогов;
-нанопроцессоры с низким уровнем энергопотребления и существенно более высокой производительностью;
-небольшие по размеру запоминающие устройства с огромным
(мультитерабитным) объемом памяти;
-новые лекарственные препараты и методы их введения в
организм (проблемы сверхмалых доз и их адресной доставки);
-новые методы мониторинга окружающей среды и организма человека с использованием наносенсоров.
36
По оценкам, оборот мирового рынка продукции нанотехнологии в 2002 г. составлял около 300 млрд. долл. США.
По современным прогнозам, через 10-15 лет ежегодный рынок продукции нанотехнологии составит около 1 трлн. долл. США:
включая 340 млрд. долл. в сфере новых материалов, которые не могут быть получены традиционными методами;
300 млрд. долл. в области полупроводниковой промышленности;
180 млрд. долл. в области фармацевтики;
100 млрд. долл. для катализаторов в нефтехимической промышленности;
100 млрд. долл. в области охраны окружающей среды и сохранения энергетических ресурсов;
70 млрд. долл. в области транспорта.
37
Среди наноматериалов можно выделить несколько основных разновидностей:
нанополупроводники, консолидированные наноматериалы, нанополимеры, нанобиоматериалы, фуллерены, тубулярные наноструктуры, катализаторы, нанопористые материалы,
супрамолекулярные структуры.
Это разделение весьма условно, поскольку существуют, например,
гибридные металлополимерные или биополимерные нанокомпозиты.
Причем в класс наноматериалов входят как новые (например, нанотрубчатым материалам всего лишь около 20 лет), так и довольно старые объекты (например, катализаторы и нанопористые материалы).
38
Некоторые терминологические особенности
•Большое распространение получили такие термины с приставкой «нано», как
«нанотехнология», «наноэлектроника», «нанохимия».
Вамериканской литературе понятие «нанотехнология» принято определять как умение целенаправленно создавать и использовать материалы, устройства и системы, структурные элементы которых имеют размер приблизительно 1 - 100 нм.
•Наука о малоразмерных объектах (nanoscience) – это совокупность знаний о свойствах веществ и явлений в нанометровом масштабе.
•Наночастицы (нанопорошки) – это малоразмерные твердые вещества, геометрический размер которых изменяется от десятых долей до 100 нм. Понятия «наночастицы» и «нанопорошки» во многом перекрываются, но, конечно, следует иметь в виду возможный изолированный характер первых и обязательно совокупный вид последних (порошок - это совокупность находящихся в соприкосновении индивидуальных твердых частиц небольших размеров (от 0,001 до 103 мкм)).
Считается, что наночастицы с уменьшением размера переходят в
кластеры, содержащие от 10 до нескольких тысяч атомов (по разным данным, примерно до 2000 - 10 000). Полагают также, что для кластеров, в отличие от кристаллических частиц, характерна потеря трансляционной симметрии. К наночастицам сейчас относят и полупроводниковые квантовые точки, и полимерные дендримеры.
39
Перечень основных международных научных журналов в области нанотехнологии и наноматериалов
1.Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures (США)
2.International Journal of Nanoscience (Сингапур)
3.Journal of Aerosol Science (США)
4.Journal of Cluster Science Including Nanostructured Materials (Нидерланды, США)
5.Journal of Computational and Theoretical Nanoscience (США)
6.Journal of Metastable and Nanocrystalline Materials (Швейцария,
Германия)
7.Journal of Nanoparticle Research (Нидерланды, США)
8.Journal of Nanoscience and Nanotechnology (США);
9.Microporous and Mesaporous Materials (Нидерланды, США)
10.NANOletters (США)
11.Nanotechnology (Великобритания)
12.Photonics and Nanostructures (Нидерланды, США)
13.Physica E: Low-Dimensional Systems & Nanostructures
(Нидерланды) |
|
14.Physics of Low-Dimensional Structures (Швейцария, Россия) |
|
15.Small (Германия) |
|
16.Supperlattices and Microstructure (США) |
|
17.Наноструктурное материаловедение (Украина) |
40 |