Материалы из атомов и молекул

http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=cfa682bb-3dcb-43b9-8437-0bcbbc762db0&print=1
© 2024 Российская академия наук

Сегодня радио и телеэфиры, периодические печатные издания переполнены информацией о нанотехнологиях

Недавно в Петербурге состоялся большой семинар, посвященный этой теме. Карелию на нем представлял главный специалист министерства экономического развития Алексей Бархатов. О последних разработках и достижениях отечественных исследователей в этой области наш разговор.

Напомню читателям, что приставка "нано" с итальянского означает "карлик", очень маленький, - говорит он. - В самом деле, наномир по современным понятиям - это диапазон размеров 10-7-10-9м. Это размерность атомов и некоторой части молекул, на основе которых создаются современные наноматериалы.

На многих объектах показано, что переход на наноуровень приводит к появлению качественных изменений в физико-механических свойствах соединений и получаемых на их основе систем. Более того, согласно наблюдениям новые материалы, получаемые с использованием нанотехнологий, значительно превосходят аналоги достаточно хорошо нами изученного микрометрического масштаба (10-6м).

Современная техника и электроника достигли такого уровня, что позволяют не только получать изображения отдельных атомов и молекул, но и манипулировать ими, располагая в определенном порядке. Cоздание структур на атомном уровне переживает сейчас период младенчества, но уже можно представить будущее этой технологии, которое, в конечном счете, должно привести к автоматическому созданию новых материалов, собираемых роботами атом за атомом.

Большой прорыв в развитии нанотехнологий связан с разработкой нового поколения электронных микроскопов. Это сканирующие, зондовые, атомно-силовые и другие модели. Сегодня разработаны также десятки способов создания собственно наноматериалов. Выделено порядка 10 направлений. Наиболее успешными являются производство строительных материалов и продукция нанобиотехнологий.

Прогресса добились в создании строительных клеев на основе наноалмазов, позволяющих стыковать тяжелые строительные конструкции мостов, памятников, зданий. Лакокрасочные материалы, разработанные на основе наночастиц, позволяют очень долго работать насосам в агрессивных средах, делать негорючими строительные покрытия, придавать им свойства самоочищения. С помощью нанокрасок здания получают защиту от электромагнитного смога, металлические изделия - от коррозии. Разработаны наномодифицированные цементные материалы.

Находит применение технология производства шлакощелочных стекол прочностью до 1000 кг/см2, создан сверхпрочный и легкий углепластик, способный выдерживать электрический разряд до 200 килоампер, который вероятно найдет применение в самолетостроении, электротехнике. Сегодня для защиты облицовочных покрытий от разрушений используется фуллереновый адгезив. Фуллереновые модификаторы увеличивают термостойкость канализационных полиуретановых труб, делают их эластичными, гибкими.

Мы ощущаем большой прорыв в области биотехнологий. Создаются новые лекарственные препараты, новые технологии производства продуктов, выращивания сельскохозяйственной продукции с помощью генной инженерии. Все это осуществляется на основе наноструктурных изменений. Что дальше?

Создаются не только лекарственные препараты на основе наночастиц, но и наночастицы-роботы, способные осуществлять доставку лекарств к пораженным болезнью участкам организма. По заказу военно-медицинской академии петербургскими учеными разработан биосовместимый клей, который позволяет отказаться от традиционных жил-ниток для зашивания оперируемых органов. В результате применения этого клея смертность оперируемых резко снизилась.

Продолжая тему, наверно, можно посвятить читателей и в суть удивительных явлений, которые наблюдаются в технологиях при создании полимерных материалов.

Введение небольшого количества наномодификаторов в разы повышает их качественные характеристики. Широкий спектр получения и использования нанопорошков придает материалам новые свойства в производстве элементов наноэлектроники, фармацевтике, защитных смазок. Разработанный технологами бисульфид вольфрама является уникальной твердой смазкой, обеспечивающей многократное повышение износостойкости деталей движущихся механизмов.

О легких бронежилетах и пулеотражающих шлемах

Не секрет, что военная промышленность использует достижения научного прогресса для разработки все более совершенных видов вооружений, военной техники, обмундирования и средств защиты. Неудивительно, что именно военные одними из первых заинтересовались нанотехнологиями, поскольку применение высоких технологий в современной военной промышленности является залогом успешного ведения боевых действий.

Идут работы над созданием "высокотехнологичной формы", обеспечивающей комфортное и безопасное состояние современного солдата. Разработан эластичный, легкий, толщиной в несколько миллиметров бронежилет из наноматериалов, а также защитные стекла для солдатского шлема, способные отражать попадание пуль. Продолжается разработка формы, которая одновременно будет универсальным диагностическим инструментом, способным самостоятельно принимать решения о трансформации биологического костюма в экзоскелет. Чтобы костюм толщиной всего несколько миллиметров был достаточно прочным, задумано делать ткань паутиноподобной, так как природная паутина прочна, водоустойчива, гибка, легка - это те свойства, которые необходимы для обмундирования.

Ученые свое дело знают, а как обстоит с продвижением их разработок на рынок?

Вы правы, российские ученые и разработчики вносят весомый вклад в создание новых технологий и новых материалов. В то же время основной проблемой является робкое продвижение их на рынок, неумелое формирование спроса на инновационную продукцию, незначительные объемы потребления, что тормозит процесс производства товара в целом и дальнейшую его модернизацию.

Что можно сказать о развитии нанотехнологий в Карелии?

У нас также ведется ряд разработок в области нанотехнологий. В первую очередь это исследования процессов получения композиционных материалов на основе наноструктурированного шунгитового наполнителя, а также комплексное исследование механизмов биологической активности наночастиц шунгитового углерода в живых организмах для решения медико-биологических задач. Достаточно успешными являются работы по оксидным покрытиям на металлах и их сплавах для придания им высоких электроизоляционных и других свойств. Проблемой для наших ученых является слабая инструментальная исследовательская лабораторная база и отсутствие опытно-производственного комплекса.