Нанотехнологии в России

Содержание

Введение

1.Нанотехнологии  в России

1.1 Основные  направления развития нанотехнологий  в России

1.2 Перспективы  использования нанотехнологий

1.3 Ключевые  проблемы развития нанотехнологий  в России

2.Нанотехнологии  в Ставропольском крае

 

Введение 

Стратегическими национальными приоритетами Российской Федерации, являются: повышение качества жизни населения, достижение экономического роста, развитие фундаментальной науки, образования и культуры, обеспечение обороны и безопасности страны. 

Одним из реальных направлений достижения этих целей может стать ускоренное развитие нанотехнологий на основе накопленного научно-технического задела в этой области и внедрение их в технологический комплекс России [2-4].В основе такого подхода лежат: 

использование особенностей свойств вещества (материалов) при уменьшении его размеров до нанометрового масштаба; 

ряд выдающихся открытий последних лет в области  физики низкоразмерных систем и структур (целочисленный и дробный квантовые  эффекты Холла, квазичастицы с дробным  зарядом и др.); 

разработка  приборов и устройств на основе квантовых  наноструктур (лазеры на квантовых  точках, сверхбыстродействующие транзисторы, запоминающие устройства на основе эффекта  гигантского магнитосопротивления); 

появление и развитие новых технологических приемов (приемы и методы, базирующиеся на принципах самосборки и самоорганизации; 

методы, основанные на зондовой микроскопии и технике  сфокусированных ионных пучков; LIGA-технологии как последовательность процессов  литографии, гальваники и формовки) и диагностических методов (сканирующая зондовая микроскопия/спектроскопия; рентгеновские методы с использованием синхротронного излучения; электронная микроскопия высокого разрешения; фемтосекундные методы); 

создание  новых материалов с необычными свойствами (фуллерены, нанотрубки, нанокерамика) и конструкционных наноматериалов с рекордными эксплуатационными характеристиками. 

Развитие  перечисленных и близких к  ним направлений науки, техники  и технологий, связанных с созданием, исследованиями и использованием объектов с наноразмерными элементами, уже в ближайшие годы приведет к кардинальным изменениям во многих сферах человеческой деятельности - в материаловедении, энергетике, электронике, информатике, машиностроении, медицине, сельском хозяйстве, экологии. 

Новейшие  нанотехнологий наряду с компьютерно-информационными  технологиями и биотехнологиями  являются фундаментом научно-технической  революции в XXI веке, сравнимым и  даже превосходящим по своим масштабам  с преобразованиями в технике  и обществе, вызванными крупнейшими научными открытиями XX века. 

В развитых странах осознание ключевой роли, которую уже в недалеком будущем  будут играть результаты работ по нанотехнологиям, привело к разработке широкомасштабных программ по их развитию на основе государственной поддержки. 

Нанотехнологий  могут стать мощным инструментом интеграции технологического комплекса  России в международный рынок  высоких технологий, надежного обеспечения  конкурентоспособности отечественной  продукции. 

Разработка  и успешное освоение новых технологических возможностей потребует координации деятельности на государственном уровне всех участников нанотехнологических проектов, их всестороннего обеспечения (правового, ресурсного, финансово-экономического, кадрового), активной государственной поддержки отечественной продукции на внутреннем и внешнем рынках. 

Формирование  и реализация активной государственной  политики в области нанотехнологий позволит с высокой эффективностью использовать интеллектуальный и научно-технический  потенциал страны в интересах развития науки, производства, здравоохранения, экологии, образования и обеспечения национальной безопасности России. 

В статье используются следующие термины: 

нанотехнология - совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба; 

наноматериалы - материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками; 

наносистемная техника - полностью или частично созданные на основе наноматериалов и нанотехнологий функционально законченные системы и устройства, характеристики которых кардинальным образом отличаются от показателей систем и устройств аналогичного назначения, созданных по традиционным технологиям. 

Актуальность  и важность указанных работ определили необходимость включения научных  направлений, связанных с нанотехнологиями, в Перечень критических технологий Российской Федерации, утвержденный Президентом  Российской Федерации. 

Разработка  и применение нанотехнологий и связанных с ними направлений науки, техники и производства позволят достичь следующих основных целей: 

в сфере  политики: 

укрепление  позиций России в группе государств-лидеров  мирового развития; 

повышение рейтинга России в международном  разделении труда; 

в сфере  экономики: 

изменение структуры валового внутреннего  продукта в сторону увеличения доли наукоемкой продукции; 

повышение эффективности производства; 

переориентация  российского экспорта с, в основном, сырьевых ресурсов на конечную высокотехнологичную продукцию и услуги путем внедрения наноматериалов и нанотехнологий в технологические процессы российских предприятий; 

в сфере  национальной безопасности: 

обеспечение экономической и технологической  безопасности на базе широкого внедрения нанотехнологий в модернизацию используемого и создание нового, более эффективного оборудования; 

повышение степени безопасности государства  путем широкого внедрения наносенсорики  для эффективного контроля присутствия  следов взрывчатых веществ, наркотиков, отравляющих веществ в условиях угроз террористических актов, техногенных катастроф и других факторов внешнего воздействия; 

совершенствование имеющегося вооружения и создание новое  военной и специальной техники; 

в социальной сфере: 

повышение качественных показателей жизни и экологической безопасности населения путем внедрения в практическое здравоохранение систем диагностики, базирующихся на нанотехнологиях и предназначенных для раннего обнаружения тяжелых и хронических заболеваний (ранняя диагностика рака, гепатита, сердечно-сосудистых заболеваний, аллергии), профилактики и лечения, а также развитие производства новых препаративных форм лекарств и витаминов; 

создание  новых рабочих мест для высококвалифицированного персонала инновационных предприятии, создающих продукцию с использованием нанотехнологий; 

в сфере  образования и науки: 

развитие  фундаментальных представлений  о новых явлениях, структуре и  свойствах наноматериалов; 

формирование  научного сообщества, подготовка и  переподготовка кадров, нацеленных на решение научных, технологических и производственных проблем нанотехнологий, создание наноматериалов и наносистемной техники, с достижением на этой основе мирового уровня в фундаментальной и прикладной науках; распространение знаний в области нанотехнологий, наноматериалов и наносистемной техники. Эффективное достижение намеченных целей потребует системного подхода к решению целого ряда взаимоувязанных задач, основными из которых являются: 

координация работ в области создания и  применения нанотехнологий, наноматериалов и наносистемной техники; 

создание  научно-технической и организационно-финансовой базы, позволяющей сохранить и  развивать имеющийся в России приоритетный задел в исследованиях  и применении нанотехнологий; развитие бюджетных и внебюджетных фондов, поощряющих и развивающих исследования в области наноматериалов и нанотехнологий и стимулирующих вклады инвесторов; 

формирование  инфраструктуры для организации  эффективных фундаментальных исследований, поиска возможных применений их результатов, развития новых нанотехнологий и их быстрой коммерциализации; 

поддержка межотраслевого сотрудничества в области  создания наноматериалов и развития нанотехнологий; 

обеспечение заинтересованности в решении научных, технологических и производственных проблем развития нанотехнологий и наноматериалов путем либерализации налоговой политики, оптимизации финансовой политики; создание системы защиты интеллектуальной собственности; 

разработка  и внедрение новых подходов к  обучению специалистов в области  нанотехнологий. 

 

1.Нанотехнология  в России 

Технологии, которые работают на уровне отдельных  атомов и молекул, называются нанотехнологиями (нанометр -- это 10-9 м, одна миллиардная  метра). Отцом этого перспективнейшего  направления считается все тот  же Ричард Фейнман, прочитавший в 1959 г. историческую лекцию «Там, внизу, еще много места». В ней он сказал: «Насколько я вижу, принципы физики не запрещают манипулировать отдельными атомами... Пока мы вынуждены пользоваться молекулярными структурами, которые предлагает нам природа. Но в принципе физик мог бы синтезировать любое вещество по заданной химической формуле». Технический уровень того времени, когда были произнесены эти пророческие слова, заставлял воспринимать их как очередную футуристическую сказку. Но в 1981 г. ученые Г. Бининг и Г. Рорер из швейцарского отделения IBM создали туннельный микроскоп, впервые позволивший взглянуть на обособленные молекулы и атомы. Однако исследователей ждал еще один приятный сюрприз: оказалось, что их детище способно не только «увидеть», но и «подцепить» отдельный атом и перенести его на другое место. За прошедшие с тех пор 20 лет нанотехнологии стали производственной реальностью, и уже сейчас мы можем создавать необходимые нам объекты, «монтируя» их на атомном уровне. 

Когда говорят о нанотехнологиях, подразумевается несколько достаточно разрозненных по целям и планируемому времени реализации научных направлений. Одно из них, работающее над качественным переходом традиционной полупроводниковой электроники с микро- на наноуровень, хорошо освещено в периодической литературе. Успехи этих работ значительны уже сегодня, но, ввиду неразрешимости ряда проблем, связанных с размерными эффектами, неизбежно возникающими при достижении транзисторами величины 30--40 нм, очевидна необходимость поиска альтернативной технологии. Одним из вариантов является молекулярная электроника, или молетроника. 

В 1974 г. ведущие  ученые фирмы IBM А. Авирам и М. Ратнер представили вещество, молекула которого обладала теми же свойствами, что и  обычный диод. Пропуская ток в одном направлении, введением дополнительного, управляющего фрагмента она могла быть усовершенствована до своеобразного молекулярного транзистора. Соединив две такие молекулы, можно получить абсолютный аналог полупроводникового триггера -- основного элемента современных процессоров. «Переключать» же данное устройство, имитируя состояния бита -- 0 и 1, возможно с помощью света или электрического поля. Следуя описанной идее, химики синтезировали великое множество кандидатов на роль транзистора будущего. Так началась эпоха молетроники. 

Впрочем, вскоре ученые поняли, что копировать традиционный процессор совсем необязательно. Ведь теоретически в качестве бита годится  любая двухуровневая система, которую  относительно легко можно перевести  из одного состояния в другое. Молекул же, меняющих свою структуру при определенном физико-химическом воздействии, известно немало. Например, спиробензопирены «переключаются» в состояние 1 под действием ультрафиолета, а обратно -- с помощью обычного света. На основе подобных структур реально построение не только логических элементов, но и устройств памяти. Соединять же молекулярные триггеры можно, используя либо углеродные нанотрубы, либо разработанные недавно токопроводящие полимеры (за их открытие группе ученых была вручена в 2000 г. Нобелевская премия).

нанотехнология  микроскопия ионный

1.1 Основные  направления развития нанотехнологий  в России 

Наиболее  значительные практические результаты могут быть достигнуты в следующих  областях: 

в создании твердотельных поверхностных и многослойных наноструктур с заданным электронным спектром и необходимыми электрическими, оптическими, магнитными и другими свойствами с помощью конструирования их на атомном уровне (например, средствами зонной инженерии и инженерии волновых функций) и использования современных высоких технологий (различные модификации молекулярно-пучковой и молекулярно-химической эпитаксии, самоорганизация, электронная литография, технологические методы туннельной микроскопии) с получением в результате принципиально новых объектов и приборов для исследований и различных приложений - сверхрешетки, квантовые ямы, точки и нити, квантовые контакты, атомные кластеры, фотонные кристаллы, спин-туннельные структуры;