Версия для печати
Вернуться к списку

РЕВОЛЮЦИЯ МОТОРОВ

"Физико-химические основы новейших технологий XXI века". Так называлось представительная международная конференция, прошедшая в Институте физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (до 2005 года - Институт физической химии РАН). Это было одно из основных мероприятий, которым его коллектив отметил 60-летие этого известного научного учреждения. О проблемах, которые обсуждались на конференции, путях их решения нашему корреспонденту Игорю Горюнову рассказывает директор института академик Аслан ЦИВАДЗЕ.

- К нам приехали ведущие ученые из 26 стран мира, в том числе и нобелевские лауреаты, чтобы поразмышлять о месте химии в системе современного научного знания и ее роли в развитии техногенной цивилизации. Работы ученых нашего института открывают большой простор для этого. Мы ведем активные исследования в таких актуальных областях современной науки, как физикохимия нано- и супрамолекулярных систем, электрохимия и новые источники энергии, коррозия и защитные покрытия, радиохимия и радиационная химия, поверхностные явления и адсорбционные процессы, и многих других.

- И все это лежит в сфере интересов физической химии?

- Именно так. Уже с начала прошлого века стало ясно, что без современных физических методов исследования изучать структуру вещества, в том числе и его электронное строение, а также механизмы химических реакций, невозможно. Поэтому химики в своей работе стали активно применять такие методы, как инфракрасная и электронная спектроскопия, активационный анализ, спектроскопия комбинационного рассеяния и ядерного магнитного резонанса, рентгеновская дифракция, масс-спектрометрия, хроматография, и другие. Так сформировалась особая область знания - физическая химия, изучающая строение вещества и химические процессы физическими методами, объясняющая химические явления на основе общих принципов физики.

- Говорят, что наступивший век будет столетием наук о жизни подобно тому, как XX век был столетием физики, а XIX - химии. Вы согласны с таким мнением?

- И да, и нет. Реальность нынешней ситуация такова, что без химии невозможны по-настоящему революционные скачки в развитии науки и техники. Микроэлектроника и средства массовой коммуникации не достигли бы нынешнего уровня, если бы не была создана их элементная база, если бы химики не открыли такие новые, не существовавшие в природе химические соединения, как арсенид галлия, нитрид бора или гетероструктуры, созданные Жоресом Ивановичем Алферовым. Разработка тех же лазеров была невозможна без создания химиками специальных материалов (зеркал), необходимых для генерации излучений определенной длины волны. Огромен и вклад химиков в обеспечение успехов молекулярной биологии. Без их усилий расшифровка генома человека, геномов других организмов, будущие прорывы в области молекулярной биологии, в генной инженерии невозможны. Конечно, встраивание новых генов и их фрагментов в генный аппарат растений, микроорганизмов и животных - работа биологов. Но синтез этих "искусственных" элементов - дело тончайшей химии.

Немного преувеличивая можно сказать, что физика без химии практически не может достичь больших высот так же, как, впрочем, химия без физики. Напомню, что успех реализации многомиллиардных проектов по созданию ядерного и водородного оружия, а также мирному использованию атомной энергии во многом обусловлен достижениями химии. Именно химики обнаружили и изучили физико-химические свойства урана и плутония - двух основных источников ядерной энергии.

В данный момент в мире очень остро стоит проблема радиационной безопасности. На прошедшей конференции одна из секций так и называлась "Радиохимия и радиоэкологическая безопасность". С очень содержательным докладом на пленарном заседании выступил заведующий лабораторией радиоэкологических и радиационных проблем нашего института, заместитель главного ученого секретаря Президиума РАН, академик Борис Федорович Мясоедов. По его словам, в современной радиохимии существуют две важнейшие проблемы: обращение с радиоактивными отходами и изучение поведения искусственных радионуклеотидов в объектах окружающей среды. Без решения этих проблем дальнейшее развитие атомной энергетики невозможно.

К настоящему времени в России накоплены радиоактивные отходы, содержащие около полутора миллиардов кюри. Необходима разработка принципиально новых методов их долгосрочного экологически безопасного хранения. Сотрудники института активно работают в этой области и одновременно в рамках генерального подхода к решению проблемы отработанного ядерного топлива участвуют в создании новых технологий в атомной энергетике, которые существенно уменьшат количество производимых радиоактивных отходов и дадут гарантию безопасной эксплуатации атомных реакторов.

По мнению академика Мясоедова, решение проблемы изучения поведения искусственных радионуклеотидов в объектах окружающей среды видится в создании принципиально новых методов выделения этих веществ из почвы, воды, растений и других природных сред. При этом очень важно определять не только их содержание, но и форму их существования, так как именно она обусловливает длительность пребывания радионуклеотидов в конкретных природных объектах, а следовательно, скорость их миграции и возможность концентрирования на определенных участках территорий.

Я остановился лишь на одном из пленарных докладов конференции. Между тем, их было не менее пятнадцати. О путях решения актуальных физико-химических проблем новейших технологий XXI века рассказали выдающиеся российские и зарубежные ученые. В частности, А.Мюллер, Г.Шмитт (Германия), Т.Торрес (Испания), Дж.Ангус, Б.Гржибовский (США), Р.Гюйомон, Р.Гиллар (Франция), Ф.Стекли (Швейцария), С.Алдошин, М.Алфимов, В.Фортов (Россия) и другие. Доклады содержали исключительно ценный материал и вызвали большой интерес у участников встречи.

Возвращаясь к вопросу о роли химии в современной мире, хочу отметить, что она прежде всего синтезирует новые вещества, без которых научно-технический прогресс невозможен. Сейчас много говорят о нанотехнологиях, а это, главным образом, наноматериалы, созданием которых в первую очередь занимаются химики.

На нашей конференции работала секция "Физическая химия нано- и супрамолекулярных систем, высокомолекулярные соединения" и российско-французский симпозиум "Супрамолекулярные системы в химии и биологии". На правах сопредседателя его работой руководил нобелевский лауреат создатель этого направления в химии Жан-Мари Лен.

- Нельзя ли более подробно рассказать о сути нового направления?

- Супрамолекулярная химия - чрезвычайно перспективная междисциплинарная область исследований, которая, по словам Ж.М. Лена, изучает химические, физические и биологические аспекты более сложных, чем молекулы, химических систем, связанных в единое целое посредством межмолекулярных (нековалентных) взаимодействий. Поэтому новое направление можно еще назвать "химией за пределами молекулы", которое изучает более сложные аспекты двух и более химических частиц, удерживаемых вместе межмолекулярными силами.

Отличительная особенность супрамолекулярной химии - широкий спектр возможностей, открывающихся благодаря взаимообогащению и "перекрестному опылению" химии, физики и биологии. Изучая свойства различных супрамолекулярных ансамблей, "химия за пределами молекулы" создает методологию построения различных многофункциональных "химических машин" из различных структурно организованных систем, молекулярные компоненты которых обладают определенными электро-, ионо-, фото-, термохимическими и другими свойствами.

Например, изучение свойств супермолекул и полимолекулярных организованных ансамблей дает возможность (используя процессы межмолекулярного распознавания и нековалентные силы) программировать синтез новых материалов из подходящих фрагментов путем их самосборки. Иначе говоря, Супрамолекулярная инженерия позволяет контролированно создавать полимолекулярные архитектуры в молекулярных слоях, пленках, мембранах, кристаллах, других веществах. Подобным образом можно производить нанотрубки, молекулярные провода, резисторы, диоды, выпрямители, переключатели, фоточувствительные элементы. Их можно собирать в наносхемы и в сочетании с организованными полимолекулярными ансамблями производить системы, способные в конечном итоге осуществлять функции хранения, обнаружения, обработки, усиления и передачи сигналов и информации посредством фотонов, электронов, протонов, катионов металлов, анионов и молекул. Подобным образом может быть создан и молекулярный компьютер, производительность которого будет превышать мощность обычного кремниевого (силиконового) в миллиард раз. Как представляется, не за горами и создание других субмолекулярных машин: например, действующих подобно мышцам нашего тела моторов, которые заменят современные двигатели внутреннего сгорания.

- Вернемся к российско-французскому симпозиуму. Чем он запомнился?

- На встрече состоялся полезный для всех его участников интенсивный обмен научной информацией, результатом которого стали планы о совместной деятельности. Во время симпозиума между РАН и Французским национальным центром научных исследований (CNRS) было подписано соглашение о создании европейской ассоциации "SupraCrem" ("Супрамолекулярные системы в химии и биологии"). Уже на первоначальном этапе деятельности эта организация объединит усилия авторитетных специалистов из лабораторий Страсбурга, Парижа, Версаля, Бордо и сотрудников Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, Центра фотохимии РАН, Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова РАН, Института неорганической химии СО РАН и Казанского государственного университета.

Они будут работать над проектами в области приложений супрамолекулярной химии - от молекулярной электроники (полупроводники, сверхпроводники, органические металлы) до фармацевтической химии (синтез и модифицирование свойств лекарственных препаратов, лечение генетических заболеваний) и моделирования биологических процессов. Мы надеемся, что позднее к работе ассоциации подключатся исследователи из Германии, Италии, Великобритании и других стран.

Довольно активно развивается у нас международное сотрудничество и по другой профилирующей тематике исследований института - водородной энергетике.

- Эта тема также обсуждалась на конференции?

- Да, у нас работала секция "Физико-химические проблемы водородной энергетики". Здесь мы имеем очень сильные позиции, особенно после того, как к нам присоединился головной в области разработки топливных элементов Институт электрохимии им. А.Н.Фрумкина РАН. Следует учесть, что наш институт всегда занимался выделением и аккумулированием водорода. А сейчас, когда у нас появилась хорошая материально-техническая база (только сотрудничество с ОАО "Норникель" позволило приобрести самого современного оборудования на несколько сотен тысяч долларов) и пришли высококвалифицированные кадры, наши возможности возросли многократно. Мы имеем все условия, чтобы с помощью созданных в институте топливных элементов разрабатывать современное оборудование для получения водорода и его использования при производстве источников электрического тока. В этом смысле наш институт - уникальное в мире научное учреждение, но мы еще недостаточно проявили себя в этом амплуа. Надеюсь, что к концу года поправим положение. В этом, безусловно, поможет созданный на базе нашего института Координационный совет по водородной энергетике, включающий представителей Курчатовского института и других научных и учебных учреждений России.

Водородную энергетику, безусловно, ждет блестящее будущее, и уже сейчас мир вкладывает в нее миллиарды долларов. У нас есть ряд идей, которые способны обеспечить создание опытно-промышленных установок (прежде всего топливных элементов) в этой области. Об этом сотрудники института тоже докладывали на профильных заседаниях конференции.

Не могу не отметить и секцию "Физико-химические проблемы коррозии и защиты металлов". Ежегодно Россия теряет от коррозии сотни миллиардов рублей. Ржавчина выводит из строя не только трубопроводы, но и, к примеру, теплообменные трубки различных химических реакторов, что чревато серьезными техногенными катастрофами. Один из эффективных способов борьбы с коррозией - создание различных ингибиторов и нанопокрытий, которые позволят эффективно решать проблему долговечности и надежной работы в агрессивных средах различных изделий. В этой, как и в других областях, мы активно сотрудничаем с производственниками.

При этом мы прекрасно понимаем, что без фундаментальных исследований наша деятельность по созданию новых материалов не будет носить революционного характера, а, условно говоря, ограничится рамками "рационализаторских" предложений и не будет по-настоящему востребована.

Создание того же молекулярного компьютера требует качественно иной элементной базы. Да и на тех материалах, за разработку которых была получена Нобелевская премия по сверхпроводимости, приборов для промышленности не создашь. Для практического использования явления сверхпроводимости необходимо создание принципиально нового класса композиционных и функциональных материалов.

Определенные прорывы в области создания принципиально новых материалов в институте есть. Кое-что, как говорится, можно пощупать руками. Для синтеза новых материалов мы даже выделили целый этаж. Здесь будем создавать новые соединения, пленки на определенных подложках, электроды, оптические элементы, сенсоры. И, конечно, материалы для супрамолекулярных устройств, моторов, молекулярных компьютеров. Будем способствовать созданию и мобильных малых предприятий для продвижения наукоемкой инновационной продукции.