Нанотехнологии в работе библиотек

Таким образом, можно сделать вывод о том, что дальнейший прогресс науки и  техники требует от исследователей существенного «прорыва» к новым  принципам работы и новым технологическим приемам. 

Такой революционный  прорыв может быть осуществлен только за счет использования нанотехнологии, которая позволяет создавать  целый ряд принципиально новых  производственных процессов, материалов и устройств на их основе. Расчеты ученых показывают, что использование нанотехнологий может повысить основные характеристики полупроводниковых вычислительных и запоминающих устройств на три порядка, т.е. в тысячу раз! Это станет, безусловно, настоящей революцией в области информационных технологий и окажет  огромное воздействие на экономическое и социальное развитие общества в XXI веке.

Однако нанотехнологию не стоит сводить только к локальному революционному прорыву в указанных  областях (электрика, информационные технологии). Уже сейчас в нанотехнологии получен ряд исключительно важных результатов, позволяющих надеяться на существенный прогресс в развитии многих других направлений науки и техники (медицина, биология, энергетика, механика). Например, при переходе к нанометровому диапазону многие важнейшие свойства веществ  материалов изменяются существенным образом. Речь идет о таких важных характеристиках, как электропроводность, коэффициент оптического преломления, магнитные свойства, прочность, термостойкость и т.п. На основе материалов с новыми свойствами уже сейчас создаются новые типы солнечных батарей, преобразователей энергии, экологически безопасных продуктов и т.д.

Возможно, что  именно производство дешевых, энергосберегающих  и экологически безопасных материалов станет наиболее важным последствием внедрения нанотехнологий [8, с.53].

Уже созданы  высокочувствительные биологические  датчики (сенсоры) и другие устройства, позволяющие говорить о возникновении  новой науки – нанобиотехнологии  и имеющие огромные перспективы  практического применения.

Нанотехнология  предлагает новые возможности микрообработки материалов и создания на этой основе новых производственных процессов  и новых изделий, что должно оказать  революционное воздействие на экономическую  и социальную жизнь грядущих поколений.

 

 

 

2. Проблемы и перспективы развития нанонауки в России

Использование возможностей нанотехнологий может  уже в недалекой перспективе  принести резкое увеличение стоимости  валового внутреннего продукта и  значительный экономический эффект в следующих базовых отраслях экономики.

В машиностроении - увеличение ресурса режущих и  обрабатывающих инструментов с помощью  специальных покрытий и эмульсий, широкое внедрение нанотехнологических  разработок в модернизацию парка высокоточных станков. Созданные с использованием нанотехнологий методы измерений обеспечат адаптивное управление режущим инструментом на основе оптических измерений обрабатываемой поверхности детали и обрабатывающей поверхности инструмента непосредственно в ходе технологического процесса.

В двигателестроении и автомобильной промышленности - за счет применения наноматериалов, более точной обработки и восстановления поверхностей можно добиться значительного увеличения ресурса работы автотранспорта, а также снижения втрое эксплуатационных затрат (в том числе расхода топлива), улучшения совокупности технических показателей (снижение шума, вредных выбросов), что позволяет успешнее конкурировать как на внутреннем, так и на внешнем рынках [18, с.79].

В электронике  и оптоэлектронике - расширение возможностей радиолокационных систем за счет применения антенных решеток с малошумящими СВЧ-транзисторами на основе наноструктур и волоконно-оптических линий связи с повышенной пропускной способностью с использованием фотоприемников и лазеров на структурах с квантовыми точками. Совершенствование тепловизионных обзорно-прицельных систем на основе использования матричных фотоприемных устройств, изготовленных на базе нанотехнологий и отличающихся высоким температурным разрешением.

В информатике - многократное повышение производительности систем передачи, обработки и хранения информации, а также создание новых архитектур высокопроизводительных устройств с приближением возможностей вычислительных систем к свойствам объектов живой природы с элементами интеллекта; адаптивное распределение управления функциональными системами, специализированные компоненты которых способны к самообучению и координированным действиям для достижения цели.

В энергетике, в том числе атомной, наноматериалы используются для совершенствования технологии создания топливных и конструкционных элементов, повышения эффективности существующего оборудования и развития альтернативной энергетики (увеличение эффективности солнечных батарей на основе процессов накопления и энергопереноса в неорганических и органических материалах с нанослоевой структурой).

В сельском хозяйстве - применение нанопрепаратов стероидного  ряда показало существенное (в среднем 1,5-2 раза) увеличение урожайности практически всех продовольственных (картофель, зерновые, овощные, плодово-ягодные) и технических (хлопок, лен) культур, повышение их устойчивости к неблагоприятным погодным условиям. Например, в опытах на различных видах животных показано резкое повышение их сопротивляемости стрессам и инфекциям  и повышение продуктивности по всем показателям в 1,5-3 раза [14 с.38].

В здравоохранении - нанотехнологии обеспечивают ускорение разработки новых лекарств, создание высокоэффективных нанопрепаративных форм и способов доставки лекарственных средств к очагу заболевания. Широкая перспектива открывается и в области медицинской техники (разработка средств диагностики, проведение нетравматических операций, создание искусственных органов).

В экологии - перспективными направлениями являются использование  фильтров и мембран на основе наноматериалов для очистки воды и воздуха, опреснения морской воды, а также использование различных сенсоров для быстрого биохимического определения химического и биологического воздействий, синтез новых экологически чистых материалов, создание новых методов утилизации и переработки отходов.

Однако, анализ мирового опыта формирования национальных и региональных программ по новым научно-техническим направлениям свидетельствует о необходимости выявления некоторых ключевых проблем в области разработки наноматериалов и нанотехнологий [19, с.129].

Первая проблема - формирование круга наиболее перспективных  их потребителей, которые могут обеспечить максимальную эффективность применения современных достижений. Необходимо выявить, а затем и сформировать потребности общества в развитии нанотехнологий и наноматериалов, способных существенно повлиять на экономику, технику, производство, здравоохранение, экологию, образование, культуру, оборону и безопасность государства

Вторая проблема - повышение эффективности применения наноматериалов и нанотехнологий. На начальном этапе стоимость наноматериалов будет выше, чем обычных материалов, но более высокая эффективность их применения будет давать прибыль. Поэтому необходимо среднесрочное и долгосрочное финансирование по наноматериалам и нанотехнологиям с выбором способов реализации программы, включая масштабы и источники финансирования. Государство заинтересовано в быстрейшем развитии перспективного направления, поэтому оно должно взять на себя основные расходы на проведение фундаментальных и прикладных исследований, формирование инноваций.

Третья проблема - собственно разработка новых промышленных технологий получения наноматериалов, которые позволят России сохранить  некоторые приоритеты в науке  и производстве.

Четвертая проблема - обеспечение перехода от микротехнологий к нанотехнологиям и доведение разработок нанотехнологий до промышленного производства, особенно в области электроники и информатики.

Пятая проблема - широкомасштабное развитие фундаментальных  исследований во всех областях науки и техники, связанных с развитием нанотехнологий.

Шестая проблема - создание исследовательской инфраструктуры.

Седьмая проблема - создание финансово-экономического механизма  формирования оборотных средств  у институтов и предприятий-разработчиков  наноматериалов и нанотехнологий, а также развитие инфраструктуры, обеспечивающей поддержку инновационной деятельности в этой сфере на всех ее стадиях - от выполнения научно-технических разработок до реализации высокотехнологической продукции.

Восьмая проблема - привлечение, подготовка и закрепление квалифицированных научных, инженерных и рабочих кадров для обновленного технологического комплекса Российской Федерации [19, с.138].

Поэтому, исходя из всего вышесказанного можно сделать  вывод о том, что для выработки и практической реализации необходимых и достаточных мер в области создания и развития нанотехнологий должна быть сформирована государственная политика, которая, в свою очередь, должна рассматриваться как часть государственной научно-технической политики, определяющей цели, задачи, направления, механизмы и формы деятельности органов государственной власти Российской Федерации по поддержке научно-технических разработок и использованию их результатов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 2. НАНОТЕХНОЛОГИИ В РАБОТЕ БИБЛИОТЕК:     ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ

2.1.Роль нанотехнологий в новой реальности

Из школьного  курса физики мы знаем, что приставка «нано» обозначает 10 в минус девятой степени, или одну миллиардную часть числа. В нанотехнологиях используются материалы на молекулярном и атомарном уровне, размеры которых меньше 100 нанометров, то есть столь малые, что увидеть их можно только через мощнейшие микроскопы. Этот «минимализм» позволяет делать поистине уникальные изобретения. Кроме того, в созданных искусственно наноструктурах изменяются некоторые физические свойства вещества, что позволяет изготовлять новые материалы  с неожиданными параметрами.

Самым важным открытием в  этой области считаются нанотрубки, обнаруженные совершенно случайно. В 1991 году японский физик Иджима занимался  изучением свойств графита при воздействии на него электричеством. Осадок, полученный в результате, показался ему необычным. Когда его рассмотрели в мощный микроскоп, обнаружилось, что он состоит из микроскопических нитей и волокон, причем их диаметр не превышает нескольких нанометров. Эти волокна ученые назвали нанотрубками и занялись их исследованием и изготовлением различными  способами. Оказалось, что свойства у нанотрубок весьма неожиданны. При столь малых размерах они обладают огромным запасом прочности и упругости. Кроме этого,  нанотрубки способны выдерживать действия высоких и низких температур, сырость и влажность. Если соединить несколько нанотрубок, то получится совершенно уникальный материал. Листы, образованные из многослойных нанотрубок, отличаются очень большой гибкостью и прочностью, какие недостижимы для обычных материалов. Создатели говорят, что эта лента прочнее стали и пластмасс, при этом прозрачная и гибкая. Кроме того, под воздействием солнечных лучей она аккумулирует энергию. При всех своих уникальных свойствах, материал отличается сверхлегкостью.  Естественно, что подобный материал незаменим в любой отрасли хозяйства [6, с.140].

Нанотрубки  являются незаменимыми элементами  для электроники, где очень важен  малый вес и большая прочность  механизмов. Исследователи давно уже начали работать над созданием практически невидимой «начинки» для телевизоров или мобильных телефонов на основе нанотрубок. Само собой, это существенно изменит внешний вид техники, а кроме того, и ее внутренние свойства - значительно уменьшится вес и объем, и в то же время изделие станет более мощным и долговечным. Естественно, что нанотрубки заинтересовали и создателей компьютеров. Все чаще говорят, что вскоре произойдет полная революция в программном обеспечении - появятся новые супермощные компьютеры нового поколения на основе нанотехнологий. Ученые утверждают, что нанотехнологии  –  прямой путь для создания компьютеров с искусственным интеллектом. Также специалисты обещают, что вскоре, благодаря нанотехнологиям, появятся уникальные новинки для мобильной связи, способные распознавать запахи, звуки и визуальные образы так же, как и человек. Это поможет людям полноценно общаться, находясь друг от друга даже на расстоянии. При этом телефоны, созданные при помощи нанотехнологий, будут очень малы и легки [13, с.58].

Но уже сейчас существуют наноизобретения, которые  изменяют привычный нам мир. Например, на рынке появились компьютерные дисплеи, которые вскоре сменят жидко-кристаллические мониторы. Толщина дисплея, сделанного при помощи нанотрубок, составляет всего 0,29 мм! А в США  при помощи нанотехнологий создали новый материал, который позволяет усилить скорость передачи данных в 100 раз.

 Появились  в магазинах и нано-аккумуляторы, которые заряжаются буквально  за минуту и работают в любых  условиях, причем гораздо большее  время, чем обычные. 

Уже существуют лекарства на основе нанотрубок. Их уникальность состоит в том, что  они доставляются непосредственно в больную клетку. Некоторые врачи смело заверяют, что вскоре можно будет вылечить страшные и смертельные болезни.

Нанотехнологии  помогают и в промышленности. В  Японии, например, создан термометр, представляющий собой  одну-единственную нанотрубку, заполненную жидким гелием. Естественно, наблюдать за ним можно только в микроскоп. Чувствительность термометра так высока, что им можно пользоваться для измерений температуры при реакции небольших групп молекул между собой или изучать воздействие лазерного луча на материалы.

Недавно в Техасе был сделан смелый опыт, в результате которого удалось нарастить живые  клетки на нанотрубки. Это значительный прорыв в науке, который  может  привести к созданию биороботов…