http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=90d75962-2dd1-4f3c-818f-df2739ce3a68&print=1
© 2024 Российская академия наук

ОПЯТЬ О «НАНО»: НАДТЕХНОЛОГИИ СО СКРЫТЫМ ИНВЕСТИЦИОННЫМ ПОДТЕКСТОМ

По итогам 2012 года Нанотехнологическое общество России (НОР) в помещении Общественной Палаты РФ, секретарем которой является Президент НИЦ «Курчатовский институт», академик-секретарь Отделения нанотехнологий и информационных технологий (ОНИТ) РАН, академик Е.П.Велихов, провело Четвертую ежегодную конференцию. Почетными членами НОР, в частности, являются: лауреат Нобелевской премии по физике (2000 г), ректор Санкт-Петербургского Академического физико-технологического университета – научно-образовательного центра РАН, вице-президент РАН, депутат Государственной Думы Федерального Собрания РФ, академик Ж.И.Алферов; Президент НАН Украины, член Президиума РАН академик Б.Е.Патон; академик НАН Беларуси В.А.Лабунов; директор НИЦ «Курчатовский институт», ученый секретарь Совета при Президенте РФ по науке, технологиям и образованию, член-корреспондент РАН М.В.Ковальчук.

Пленарное заседание открылось докладом «Нанотехнологическое общество России: итоги и перспективы» Президента НОР, д.т.н. В.А.Быкова. Были рассмотрены основные тренды развития отрасли и различные аспекты взаимодействия экспертного сообщества, органов законодательной и исполнительной власти в научной, образовательной и промышленной сферах. Каково же положение России во всемирной «нанотехнологической гонке»? Все ли возможности использованы для наращивания инновационного потенциала?

Дорожной карте производства нанотекстиля (НТ) в РФ был посвящен доклад заслуженного деятеля науки РФ, д.т.н., профессора Г.Е.Кричевского. Данные, приведенные в выступлении, отражают общие тенденции, наблюдаемые в отечественной наноиндустрии, и заостряют внимание на ряде тревожных фактов.

По данным «National Science Foundation» и «Scientifica Ltd», потенциальный рынок НТ составит уже 1,1 трлн. долл. США к 2015 году (из расчета 100-150 млрд.долл.США в 2006 г.). Из них на авиацию и космос приходится 6%, материалы – 31%, электронику – 28%, фармацевтику – 17%, химию – 9% (на остальное – тоже 9%). Вклад в мировой ВВП наноиндустрии США составляет 25%. После США следуют Япония, ЕС и КНР. Если в 2007 г инвестиции в «нано» составляли 1,3 млрд. долл. США, то в 2010 г – уже 45 млрд. долл. США. При этом доля патентов, приходящихся на США, достигает 51%. В ЕС инвестиции в «нано» в 2007-2013 г.г. составили 13 млрд. долл. США. В России государственные капиталовложения на период до 2015 г составят 318 млрд. рублей (10 млрд. долл. США). Согласно данным зарубежных экспертов, в РФ по НТ зарегистрировано 200 зарубежных патентов и только 30 отечественных. Это – тревожный знак! Как изменить ситуацию?

Среди факторов, влияющих на мировое производство текстиля, прежде всего, можно отметить демографию: если в 1980 году жители старше 60 лет составляли всего 22%, то в 2004 г их уже было порядка 40%. Не менее важна милитаризация: в 2007 г рост военных расходов составил 1,2 трлн.долл. США, при этом на долю НАТО приходится 850 млрд.долл. США, Соединенных Штатов – 361 млрд.долл.США, а РФ – всего 72 млрд.долл.США. Рост индустрии за период 1980-2009 гг составил 150 трлн.долл.США. Не менее впечатляющи расходы на медицину – 4,5 трлн.долл.США, раневые покрытия – 4,5 млрд.долл.США, одежду для хирургов – 9,7 млрд.долл.США (ЕС и США).

Появляющуюся на рынке нанопродукцию можно разделить на две неравные группы. К первой относятся «нанопродукты», полученные с применением нанообъектов и нано-частиц, изготовленных по «чистой» нанотехнологии (нанопены, наноэмульсии, окислы металлов, нано-дисперсии, алюмо-силикаты, углеродные нанотрубки и т.д.). Ко второй – изготовленные по «рафинированной» нанотехнологии («сверху-вниз», «снизу-вверх»), что соответствует определению нанотехнологии как «манипуляции нано-частицами с формированием строгой упорядоченной структуры с принципиально новыми свойствами, обусловленными именно нано-размерами и нано-структурой макрообъекта».

В качестве иллюстрации докладчиком был представлен продуктовый набор для группы «Нановолокна». В него входят: генномо-дифицированная конопля, генномодифицированный паучий шелк, углеродные нановолокна (спортинвентарь, медицина, композиты), нановолокна и изделия из них для равномерного распределения веса водителей (пилотов) и пассажиров разного вида транспорта, полученные методом электропрядения нановолокна, целлюлоза микробиологического происхождения, способные окрашиваться наполненные полиолефиновые волокна, токопроводящие волокна и продукция для замены медного кабеля в автомобильном и другом транспорте, и сверхпрочные композитные нановолокна с наполнением из наночастиц для композиционных конструкционных материалов.

Профессором Г.Е.Кричевским был также предложен инвестиционный проект, реализующий производство покрытий для ран. Согласно плану, предлагается производство покрытий нового поколения для ран с контролируемым высвобождением и адресной доставкой лекарств. В ассортиментной группе «медицинский текстиль» по разделу нано- и биотехнологии в качестве фундаментального научного базиса выступает механизм массопереноса наночастиц в организме с заживлением патогенных тканей на молекулярном и клеточном уровнях. Сфера применения продукции по проекту: заживление язв, ран, пролежней и ожогов, а также онкологических новообразований близкого залегания (гинекология, кожа, слизистые покровы, шея). Эта сфера деятельности относится к числу приоритетных научных направлений в восстановительной хирургии в сочетании с методами лечения онкологических заболеваний. В соответствии с растущим спросом требуется расширение производства продукции, производимой под торговым названием «Колетекс». Данная продукция конкурентоспособна, поскольку обеспечивается минимизация рисков за счет применения механизма адресной доставки лекарств. Исполнителями по проекту являются ООО «Колетекс» и ООО «Текстиль-прогресс». Кооперация по проекту обеспечивается предприятиями Министерства промышленности и торговли РФ, Министерства здравоохранения и социального развития РФ, НИИ РАН и РАМН, ведущими вузами и лечебными учреждениями РФ. Проект предполагает обучение и подготовку специалистов в текстильных, медицинских и смежных с ними вузах.

Предложенный проект, как ни странно, помогает по новому (как еще любят говорить, креативно) взглянуть на развернутую в СМИ кампанию по дискредитации разработок, производимых предприятиями и организациями РАН. В одной из опубликованных статей с условным названием «ИСЦЕЛЕНИЕ ОТ РАН» был подвергнут сомнению уровень научных достижений старейшей в России академии. Обыгрывалась (кстати, весьма бестактно) аббревиатура РАН и делался сомнительный намек на дальнейшие действия в отношение академии, входящей в десятку старейших академий мира! Так вот, по мнению экспертов-профессионалов, имеющих прямое и непосредственное отношение к разработке инновационной продукции для настоящего (а не вымышленного!) исцеления от истинных (а не мифических) ран, регулярное системное недофинансирование предприятий РАН и привело на деле к кризису (а по отдельным направлениям – и к краху) в научной и образовательной сфере! Научная система в России получила серьезные ранения в битве с бессовестностью чиновников, корыстью мздоимцев, любителями «откатов» и специалистами по «распилам» бюджетных средств! И что Вы тогда хотите? Разрушенные и недостроенные (а иногда и реконструируемые без расселения пациентов) больницы, неотапливаемые зимой поликлиники и отключенные от энергоснабжения в мороз социальные объекты по причине аварий на теплотрассах – прямое следствие бесхозяйственности и разгильдяйства, ран глубоких, корнями уходящих в далекие девяностые. Вот эти ранения и нужно лечить, а не искать «псевдораны», симулируя болезнь там, где ее нет!

Вернемся к докладу на пленарной сессии НОР. Реализации дорожных карт по НТ в РФ мешает ряд причин. По мнению экспертов, следует отметить тупиковую экономическую модель, объединяющая бесконкурентный чиновничье-олигархический подход с бездумной эксплуатацией сырьевой системы по принципу «скважина-труба-экспорт» и импортом продуктов глубокой переработки. Также очевиден огромный дефицит компетентных специалистов в сфере NBIC-технологий для текстиля. Глубокий кризис текстильной промышленности отчасти объясним ее принадлежностью преимущественно к частному сектору. Отсюда и полный проигрыш внутреннего рынка импорту (до 70-80%), и зависимость смежных отраслей: комплектующие нанотекстиль отрасли (машиностроение, химия, фармацевтика) также по большей части принадлежат частному сектору. При этом мы являемся свидетелями призывов к дальнейшему расгосударствлению экономики. И что мы получим? Новые проблемы?

Анализ состояния НТ-индустрии на конференции НОР предшествовал рассмотрению особенностей применения «нано» в ТЭК. Нанотехнологические перспективы нефтегазовой отрасли были представлены в докладе заместителя генерального директора ОАО «Институт геологии и разработки горючих ископаемых» («ИГиРГИ»), лауреат Медали ЮНЕСКО «За вклад в развитие нанонауки и нанотехнологий», д.т.н. А.Я.Хавкин. Часть выступления Александра Яковлевича была посвящена результатам Третьей Международной конференции «Наноявления при разработке месторождений углеводородного сырья: от наноминералогии и нанохимии к нанотехнологиям», проходившей в Москве в конце 2012 года под патронажем Научного совета РАН о проблема геологии и разработки месторождений нефти и газа (НСПГ РМНГ РАН), НОР, Парламентского центра «Наукоемкие технологии, интеллектуальная собственность» ФС РФ, ОАО «ИГиРГИ» и Фонда содействия экономическому развитию им. Н.К.Байбакова. Сопредседателями Программного комитета конференции «NANOTECHNOILGAS-2012» являлись вице-президент РАН, академик Н.П.Лаверов, Председатель НСПГ РМНГ РАН, академик А.Э.Конторович и Председатель Совета директоров ОАО «РИТЭК» профессор В.И.Грайфер. Среди членов Программного комитета необходимо отметить активное участие члена НСПГ РМНГ РАН, советника Генерального директора ОАО «Газпром промгаз», члена-корреспондента РАН А.И.Гриценко (заместитель сопредседателей); директора Инновационно–технологического центра РАН, академика В.М.Бузника; директора ИГГ УрО РАН, академика С.Л.Вотякова; директора НОЦ «Институт нанотехнологий для нефтегазового комплекса» РГУ нефти и газа им. ак. И.М.Губкина, члена-корреспондента РАН А.Г.Дедова; Председателя научного совета РАН по химии газа, академика И.И.Моисеева; советника ЗапСибНИГНИ, члена-корреспондента РАН И.И.Нестерова; директора Института океанологии им. П.П.Ширшова РАН академика Р.И.Нигматулина; директора ИГД СО РАН, члена-корреспондента РАН В.Н.Опарина и заместителя директора ОИВТ РАН, заведующего кафедрой МФТИ, члена-корреспондента РАН Э.Е.Сона. На пленарном и секционных заседаниях Конференции был представлен широкий спектр докладов по применению нанотехнологий в ТЭК.

Межвузовская нанотехнологическая магистратура была темой выступления профессора Л.Н.Патрикеева (НИЯУ «МИФИ»). В докладе были представлены данные о полусотне научно-образовательных центров (НОЦ) по нанотехнологиям, организованных в ведущих университетах России. Например, в ЦКП РХТА им. Д.И.Менделеева реактор синтеза и изготовления углеродных нанотрубок (УНТ) запущен совместно с «НТЦ ГраНаТ»: производительность т-МУНТ составляет 50-70 г/ч, углеродных нановолокон – до 100 г/ч.

По мнению Льва Николаевича, одной из причин создания межвузовских объединений на нанотехнологическом поприще является отсутствие гуманитаризации технического образования в программах РОСНАНО. Расширение инженерного и гуманитарного кругозора магистров невозможно без их командирования (пусть даже краткосрочного!) в университетские НОЦ по родственным специальностям для ознакомления с различными экспериментальными подходами и философскими концепциями для нетрадиционного решения традиционных задач. Кстати, в мировой практике давно применяется метод «перекрестной» стажировки, и применение ее в России повысит качество обучения и переподготовки профессиональных кадров.

Для разрешения возникающих организационных проблем предлагается разработка и утверждение программ с учетом дополнительной длительной производственной практики магистров. В финансовых вопросах желательно опираться на собственные средства руководителей и магистров или на средства хоздоговорных НИР. Также необходимо заключение договоров с вузами и между вузами о сотрудничестве со специализированным разделом о взаимном кратном прикомандировании. Также обязательно активное стимулирование и укрепление контактов руководителей с поиском родственников магистров городах расположения привлекательных НОЦ.

Помимо пленарного, на Четвертной ежегодной конференции НОР состоялись секционные заседания по проблематике создания наноматериалов, междисциплинарных нанотехнологий для промышленного внедрения, и физико-химических основ создания наноразмерных структур и устройств.

Проблематика развития нанотехнологий также затрагивалась на заседании Президиума РАН в конце января 2013 г, на котором в научном сообщении д.ф.-м.н. З.Ф.Красильника из Института физики микроструктур (ИФМ) РАН были представлены разработки в сфере кремниевых наноструктур для оптических соединений. Было отмечено, что рынок кремниевой микроэлектроники в прошедшем 2012 г превысил четверть триллиона долларов. Выполненные по технологии до 45 нм процессоры вносят в него наибольший вклад.

Докладчик отметил, что как и нанотехнологии, информационные технологии (ИТ) превратились в НАДтехнологии. В основе функционирования энергетической, авиационной, медицинской и транспортной отраслей – мощные информационные системы. Но ключевая проблема в развитии ИТ заключается в скорости передачи данных. Медные провода уже достигли физического предела скорости передачи данных. Для решения подавляющего большинства задач уже требуется скорость порядка 10 Гб/с и выше. По сравнению с электрическими цепями, в которых возникают частотные резонансные эффекты, и наблюдается рост потерь и уровень перекрестных помех, в оптических линиях отсутствуют резонансные эффекты, снижаются энергопотери и повышается энергоэффективность. Для сравнения: суперкомпьютер Blue Waters содержит 5 млн. оптических каналов (производительность 10 петафлопс), а на 2018 год намечено создание компьютера производительностью 1 экзафлопс (более 1 млрд. оптических каналов скоростью порядка 100 Гб/с каждый).

Не менее важной проблемой является рост энергопотребления. Докладчик обосновал, что к 2018 году оптическими межсоединениями будет определяться до 40% энергопотребления. Энергопотребление зетафлопсного компьютера будет сопоставимо с энергопотреблением ряда западных стран.

Поскольку проблемы энергопотребления и быстродействия связаны с электрическими межсоединениями в процессоре, одним из наиболее приемлемых методов решения задачи по поддержанию роста производительности вычислительных систем является интеграция кремниевой электроники и кремниевой оптики. Особенностью реализуемых в данной сфере проектов является тот факт, что если в настоящее время полная длина соединительных проводов чипа площадью 450 кв.мм составляет 5 км*см-2, то для чипа площадью 800 кв.мм эта величина через десятилетие должна составить 20 км*см-2. Т.о., возникает новая парадигма архитектуры многоядерных процессоров, учитывающая перспективы оптических межсоединений внутри чипа.

С финансовой точки зрения, кремниевая технология, совершенствовавшаяся порядка четырех десятилетий, выглядит наиболее привлекательной в инвестиционном плане. В нее вложены огромные средства, кремний обладает хорошими электрическими свойствами и прозрачен в телекоммуникационном окне. Технология кремниевых оптических межсоединений совместима с хорошо разработанными КМОП технологиями, а на одном чипе допустимо объединение электрических и оптических компонентов.

Поскольку кремний не люминесцирует на длине волны 1,5 m, возможным решением является создание структур на основе Si. В ИФМ РАН с помощью метода MMBE разработаны кремниевые наноструктуры, которые люминесцируют на длине волны 1,5 m. В Институте накоплен уникальный опыт управления ростом квантовых точек SiGe и спектром их излучения. Также в ИФМ РАН сформированы фото- и светодиоды на основе SiGe квантовых точек, в которых можно ожидать прямые оптические переходы. В Институте методом SMBE созданы Si:Er структуры с рекордно узкой линией ФЛ центра Er-1. Также впервые разработаны туннельно-пролетные p+/n+/n Si:Er светодиоды, работающие при комнатной температуре. В ИФМ РАН создается технология формирования резонаторных структур Si:Er/Sol.

Кардинально увеличить силу осциллятора оптического перехода позволяют микрорезонаторы на основе фотонных кристаллов и проявляемый в них эффект Пурселя. Т.о., наноплазмоника – это возможность усиливать испускание света наночастицами с применением сложной структуры спектров плазмонных частиц с формированием эффективных наноразмерных источников света, сочетание высокой частоты электронных колебаний с их сильной пространственной локализацией, зависимость от формы наночастиц свойств локализованных плазмонов с настройкой системы резонаторов на эффективное взаимодействие со светом или элементарными квантовыми системами (квантовыми точками, молекулами), гигантское увеличение локальных электрических и оптических полей из-за локализации плазмонов. Благодаря ближнепольному взаимодействию ионов Er и металла, при генерации на интерфейсе SiO2-металл поверхностных плазмон-поляритонов время излучательного перехода Er в Si уменьшено в 20 раз.

Примером успешного сочетания наноплазмоники и нанофотоники на базе металлической микрополости создан InGap лазер, работающий в непрерывном режиме при температуре 300 К. Лазер может быть реализован даже при умеренных значениях добротности, т.к. время жизни фотонов укорачивается. Вблизи интерфейса диэлектрик-металл генерируется поверхностная плазмон-поляритона волна, локализованная в скин-слое. Для кремниевой нанофотоники также создана основа элементной базы. Оптические ответвители и переходы разработаны на основе гребенчатого волновода. Также предложен ряд модуляторов, из которых можно выбирать подходящий. При этом возможна оптимизация по цене, энергопотреблению, быстродействию, температуре и быстродействию.

На заседании Президиума РАН после доклада д.ф.-м.н. З.Ф.Красильника состоялся ряд выступлений. Вице-президент РАН академик А.Л.Асеев, члены Президиума РАН академики Ю.В.Гуляев, В.Б.Бетелин и А.А.Кокошин обосновали необходимость формирования пула (консорциума) предприятий, специализирующихся в производстве электронных компонентов с участием организаций, подведомственных МОРФ, ФСБ, МВД, Ростехнологии и других предприятий.

В заключение - выводы:

1. Необходимо внесение изменений в нормативно-правовую базу для законодательного стимулирования интеграционных процессов в сфере предприятий, производящих электронные компоненты и комплектующие. Передача в ведение непрофильных структур ведущих НИИ и вузов, специализирующихся на подготовке кадров для электронного машиностроения РФ (как например, МИЭМ (ТУ) – ВШЭ) может отрицательно сказаться на решении проблемы отраслевого «кадрового голода».

2. При создании компьютерных систем с применением НАДтехнологий (нанотехнологий и информационных технологий) достигаются цели, связанные с повышением скорости вычислений и плотности передачи данных, снижением энергопотребления и ростом значений показателей надежности ключевых подсистем и системы в целом, а также с достижением значений характеристик экономичности.

3. Расширение жизненного и инженерного кругозора магистров возможно, в т.ч., посредством краткосрочных прикомандирований в университетские НОЦ. Допустимо внутривузовское и межвузовское сотрудничество НОЦ, в частности, в рамках реализации совместных инвестиционных проектов и программ.

4. В рамках программ расширения международного сотрудничества и научной кооперации в нанотехнологической сфере предприятий и организации РАН предлагаю рассмотреть возможность проведения Четвертой Международной конференции «Наноявления при разработке месторождений углеводородного сырья: от наноминералогии и нанохимии к нанотехнологиям» в 2013-2014 г совместно с НАН Украины.

Несмотря на хроническое недофинансирование, предприятия и организации РАН продолжают развиваться. Академические научные разработки будут рассмотрены в следующей публикации.