Ближайшие перспективы нанотехнологического прорыва

3. Ближайшие перспективы нанотехнологического прорыва.

     Нанотехнология несомненно оказывает огромное воздействие на экономику, общественную жизнь и промышленность ХХI в. Перечислить все области, в которых нанотехнология существенно влияет на научно-технический прогресс, практически нереально, можно назвать только некоторые из них:

  - элементы  наноэлектроники и нанофотоники (полупроводниковые транзисторы  и лазеры, фотодетекторы, солнечные  элементы, различные сенсоры);

  - устройства  сверхплотной записи информации;

  - телекоммуникационные, информационные и вычислительные технологии, суперкомпьютеры;

  - видеотехника (плоские экраны, мониторы, видеопроекторы);

  - молекулярные  электронные устройства, в том  числе переключатели и электронные  схемы на молекулярном уровне;

  - нанолитография;

  - топливные  элементы и устройства хранения энергии;

  - устройства  микро- и наномеханики (молекулярные  моторы, наномоторы, нанороботы);

  - нанохимия  и катализ (в том числе управление  горением, нанесение покрытий, фармацевтика);

  - устройства  авиационного, космического и оборонного назначения;

  - устройства  контроля состояния окружающей  среды;

  - целевая  доставка лекарств и протеинов,  биополимеры и заживление биологических  тканей, клиническая и медицинская  диагностика, создание искусственных  мускулов, костей, имплантация живых органов;

  - регистрация  и идентификация канцерогенных  тканей, патогенов и биологически  вредных агентов.

       Можно с уверенностью предположить, что при сохранении достигнутых  темпов развития вся полупроводниковая  промышленность очень скоро столкнётся с проблемами принципиального характера, так как быстродействие и степень интеграции электронных схем в ЭВМ ограничены пределами, определяемыми известными физическими законами. Таким образом, для дальнейшего прогресса науки и техники необходимы кардинальный пересмотр существующих технологий и разработка новых технологий. Такой революционный прорыв может быть осуществлён только за счёт использования нанотехнологии, которая позволяет создавать целый ряд принципиально новых производственных процессов, материалов и устройств на их основе.

    Компьютерная  техника и электроника, вероятно, одними из первых получат реальную  возможность использования нанотехнологии  на практике. Развитие оптоэлектроники  и сверхвысокочастотной (СВЧ) электроники  целиком основано на применении полупроводниковых квантоворазмерных наногетероструктур, выращиваемых с атомной точностью методами молекулярно-лучевой эпитаксии при разложении металлоорганических соединений. Переход от микроэлектроники к наноэлектронике связан с резким увеличением производительности вычислительных систем при снижении уровня энергозатрат, увеличением пропускной способности каналов связи и информационной ёмкости, повышением качества систем отображения информации, созданием экономичных осветительных приборов и существенным расширением применения электронных устройств в медицинских, биологических, экологических, химических и промышленных технологиях. Развитие наноэлектроники закладывает основы перехода к принципиально новым принципам работы базовых элементов электроники, включающим использование одноэлектронных эффектов, эффектов электронной интеграции, спиновых эффектов, бестоковых переключающих устройств, а также к разработке квантовых технологий создания вычислительных устройств и защищённых систем связи.

      Применение нанотехнологии для интеграции на одном кристалле функций восприятия и обработки изображения вместе с использованием квантоворазмерных фоточувствительных наноструктур открывает перспективы создания систем искусственного (технического) зрения с расширенным по сравнению с биологическим зрением спектральным диапазоном в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Системы технического зрения и фотонные компоненты на наноструктурах, способные получать и образовывать огромные массивы информации, станут основой принципиально новых телекоммуникационных устройств, систем экологического и космического мониторинга, тепловидения, нанодиагностики, робототехники, высокочастотного оружия, средств борьбы с терроризмом и т.д.

      Нефтепереработка с получением  ценных химических продуктов – область, где наноструктурные материалы и наносистемы уже нашли промышленное применение. Иллюстрацией реализации нанотехнологического потенциала в уже сложившемся реальном секторе экономики является:

  - применение  кристаллических материалов как носителей катализаторов с хорошо структурированными размерами пор в диапазоне 1нм, причём их использование уже стало базисом рынка цеолитных катализаторов с объёмом продаж приблизительно 30 млрд. долл. в год;

  - разработка  упорядоченного мезопористого материала с размерами пор в диапазоне 10…100нм, что позволит применять такие системы при удалении ультрадисперсных загрязнений;

  - создание  адсорбентов водорода на основе  наноструктур, которое может обеспечить  перевод транспортных средств  на экологически чистый вид топлива.

      Обобщая изложенный материал, можно  отметить следующие возможные  потенциальные прорывы в будущем  с помощью нанотехнологии:

  - разработка  запоминающих устройств, обладающих  многотерабитной ёмкостью памяти, что существенно повысит возможность хранения информации на единице площади поверхности. Например, может быть осуществлено сжатие всей информации, содержащейся в самой крупной библиотеке мира, в устройстве объёмом несколько кубических сантиметров;

  - производство  материалов и изделий по технологии «снизу вверх», т.е. их создание из атомов и молекул. Такое производство потребует меньше материалов и будет меньше загрязнять окружающую среду;

  - разработка  материалов, которые обладают как  сверхвысокой прочностью, так и  пластичностью с меньшими массой и размерами, что весьма важно для производства всех типов наземных транспортных средств, кораблей, летательных и космических аппаратов;

  - повышение   производительности компьютеров  и эффективности миниатюрных  транзисторов и чипов памяти в миллионы раз;

  - использование  гена для обнаружения раковых  клеток или органов, в которых  они находятся, при помощи созданных  методами нанотехнологии контрастирующих  веществ, а также обеспечение  целенаправленной доставки лекарств  к больным клеткам;

  - развитие  водородной энергетики, основанной  на фотокаталитическом и других  способах использования солнечной  энергии.

      С помощью нанотехнологии появляется  практическая возможность конвергенции  неорганических, органических и  биологических объектов, что позволит создавать принципиально новые микромашины и микромеханизмы, нанороботы и биокомпьютеры, «интеллектуальные» материалы и новые типы медицинских технологий.

      В настоящее время принципы, используемые  для создания наноструктур путём  их конструирования из фрагментов, только формируются. Поэтому каждый успех в понимании физических, химических и биологических свойств наносистем открывает новые возможности и методы построения наноструктур и наноустройств. 

4. Заключение.

      В России утверждена стратегия развития наноиндустрии, которая определяет главные приоритеты и организационно-правовые механизмы создания инфраструктуры соответствующей отрасли. В неё войдут государственные научные центры и университеты, а также лаборатории частных корпораций. Всего же, с учётом федеральных целевых программ, на развитие этого направления в федеральном бюджете должно быть запланировано около 180 млрд. руб. Определена головная научная организация по развитию наноиндустрии – это Российский научный центр «Курчатовский институт». Разработана Программа развития наноиндустрии в Российской Федерации до 2015 года. Программа состоит из следующих блоков:

  - состояние  работ в области наноиндустрии;

  - приоритетные  направления работ в области  наноиндустрии;

  - цели, задачи и этапы реализации Программы развития;

  - основные  инструменты реализации;

  - ресурсное  обеспечение и индикаторы реализации;

  - основные  функции реализации;

  - органы  управления и координации в  рамках Программы.

     Разработка, создание и использование наноструктур способствуют развитию взаимосвязей различных отраслей науки. Междисциплинарные исследования по нанотехнологии усилят также связи фундаментальной науки и высшего профессионального образования, преподавание естественных наук станет комплексным.

      Одним из важнейших условий  быстрого и успешного развития  нанотехнологии в нашей стране  является разработка новых учебных  курсов и подготовка пособий,  которые позволят профессионально  готовить кадры исследователей, специалистов и рабочих, способных творить в этой достаточно сложной области науки и техники, так как нанотехнология – это не просто отдельная дисциплина, а масштабная, всесторонняя область знаний. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Список литературы.

1. А.Н.Ковшов, Ю.Ф.Назаров, И.М.Ибрагимов. Основы нанотехнологии в технике. Москва: Издательский центр «Академия», 2009г. – 240с.
2. Ю.Альтман. Военные нанотехнологии. Возможность применения и превентивного контроля вооружений. Москва: Техносфера, 2006г. – 424с.
3. Д.И.Рыжонков, В.В.Лёвина, Э.Л.Дзидзигури. Наноматериалы. Учебное пособие. Москва «Бином. Лаборатория знаний» 2008г., 365с.
4. Ю.И.Головин. Введение в нанотехнику. Москва «Машиностроение» 2007г. – 496с.
5. Мартинес-Дуарт Дж.М., Мартин-Палма Р.Дж., Агулло-Р уеда Ф., Нанотехнологии для микро-  и оптоэлектроники. Москва «Техносфера», 2007г. – 368с.