Версия для печати
Вернуться к списку

Нано или не нано

Справка: Ростислав Александрович Андриевский - доктор технических наук, главный научный сотрудник Института проблем химической физики РАН, Черноголовка.

Заголовок статьи навеян почти гамлетовским названием публикации Х.Иоахима в Nature Materials 4, 107 (2005): "То be nano or not to be nano?", в которой автор сетует на отсутствие четких критериев, определяющих многочисленные "нанопроизводные", что естественно затрудняет выделение грантов, патентные дела и т.д. Определение понятийных терминов в области нанотехнологии и нанонауки продолжается и по сей день, но это не помешало словечку "нано" (10 м) выйти из чисто научного обихода, преодолев барьер метафор, прочно осесть еще несколько лет назад в СМИ и очутиться в лексиконе политических деятелей.

"Китайские чернила" и "Демон Максвелла"

Археологические раскопки свидетельствуют о наличии рукотворных нанообъектов еще в античном мире. Так называемые "китайские чернила" (раствор сажи в воде с добавками), например, появились в Древнем Египте более четырех тысяч лет назад, а возраст биологических нанообъектов может исчисляться с момента возникновения жизни на Земле.

Научные исследования нанообъектов начинаются в XIX веке, когда Фарадей (1856-1857 гг.) получает и исследует свойства коллоидных растворов высокодисперсного золота. Отмеченное Фарадеем изменение цвета в зависимости от размера частиц - едва ли не первый пример исследования размерных эффектов в нанообъектах.

Интересные примеры нанотехнологических прозрений XIX в. можно усмотреть также в знаменитом мысленном эксперименте, известном под названием "Демон Максвелла". Великий английский физик Джеймс Максвелл предположил существование некоего фантастического субъекта, "демона", способного разделять молекулы по скоростям. Еще один хрестоматийный пример - лесковский Левша, который со товарищи изготовил "наногвозди" и подковал ими "аглицкую" блоху (своеобразный аналог микроустройства). Устами Левши Н.С.Лесков в 1881 г. (!) отмечает, что разглядеть надпись на головке этих гвоздей можно только в "мелкоскопе" (то есть в микроскопе) с увеличением в 5 млн. раз. Это типичное увеличение современных высокоразрешающих электронных микроскопов, использующихся для изучения наноструктур.

Вполне очевидно, что нанотехнология стара как мир и нова как современный компьютер.

"Внизу полным полно места.....

Принципиальное значение нанообъектов было подчеркнуто нобелевским лауреатом Фейнманом в 1959 году. Его лекция с аллегорическим названием "Внизу полным полно места: приглашение в новый мир физики" акцентировала внимание на важности работ в области сжатия информации, создания миниатюрных компьютеров, дизайна материалов и устройств методами молекулярной и атомной архитектуры с учетом особенностей биологических объектов. Большие надежды возлагались на химический синтез, причем отмечалось, что законы физики не запрещают конструирование материалов на атомно-молекулярном уровне.

Некоторые идеи Фейнмана были развиты аспирантом Массачусетского технологического института (США) Эриком Дрекслером. В 1986 году выходит его книга "Машины созидания: пришествие эры нанотехнологии". Основываясь на биологических моделях, автор ввел представление о молекулярных робототехнических машинах. В противовес традиционному технологическому подходу "сверху - вниз" (типичный пример такого подхода - измельчение) применительно к миниатюризации интегральных схем было обращено внимание на стратегию "снизу - вверх" (имеется в виду атомная и молекулярная сборка, о чем ранее упоминал Фейнман).

В 1990 году в компании IBM с помощью сканирующего туннельного микроскопа была сложена аббревиатура IBM из 35 ксеноновых атомов на грани никелевого монокристалла. Это блестяще подтвердило реальность идей атомной архитектуры и продемонстрировало возможности нанотехнологии. Через несколько лет начинаются интенсивные НИОКР в этой области.

В конце прошлого века американцы предпринимают мониторинг мирового состояния нанотехнологии и, убедившись в отсутствии своего лидерства, разрабатывают и принимают долговременную программу (Национальную нанотехнологическую инициативу). Программа эта с 2001 года объявляется национальным приоритетом с соответствующим бюджетным финансированием, с энергичной последующей динамикой роста (1997 год - 116 млн. долл., 2001-й - 465, 2005-й - 1200 млн.). Участие частного бизнеса США в нанотехнологической гонке - такого же порядка; ассигнования в Японии и в Евросоюзе сейчас примерно аналогичны.

Наглядное представление о развитии нанотехнологии дает и график из статьи с интригующим названием "The NANO Age?" (D. Eaglesham. MRS Bull. 30, 260 (2005). Отчетливо виден стремительный рост количества публикаций по нанотематике, опережающий и по скорости, и по количеству такие направления, как полупроводники, обычные и сверхпроводниковые материалы. Экспоненциальный рост наностатей продолжается и в 2005-2006 годах.

Где же мы?

"По научно-техническому уровню разработок Россия и ведущие страны в области нанотехнологии находятся фактически на одинаковых стартовых позициях". Это расхожее утверждение кочует и в официальных наших документах, и в СМИ. На примере многочисленных публикаций и сюжетов в СМИ, посвященных нанотехнологии, может возникнуть иллюзия легкости достижения реально значимых для страны результатов. Тем более что на государственном уровне, дескать, приняты важные решения, опирающиеся на научные достижения, и выделены значительные ассигнования (200 млрд. руб. до 2015 года, из них 130 млрд. - до конца нынешнего. - "НГ"). Практически никогда в СМИ не подчеркиваются трудности в реальном осуществлении этой задачи.

Во-первых, наша страна в коммерциализацию нанотехнологических исследований, по сравнению с США, Японией и Евросоюзом, включается с большим опозданием. Мы, прибегая к спортивной терминологии, засиделись на старте "наногонки" на несколько лет. Во-вторых, известен общий спад научных исследований после 1990 года. Хотя ряд научных коллективов (например, группа нобелевского лауреата, академика Ж.И.Алферова из Санкт-Петербурга или группа профессора Р.З. Валиева из Уфы), несомненно, имеет очень высокую научную репутацию в мировой нанопроблематике. Но в целом нам еще нужно завоевывать в этой области одно из ведущих мест. В-третьих, наша экспериментально-технологическая база очень слаба и нуждается в существенной модернизации. В-четвертых, немаловажна проблема квалифицированных кадров - рабочих, техников, инженеров, исследователей, преподавателей, менеджеров, маркетологов. В-пятых, выделенные ассигнования надо еще освоить в короткие сроки и по прямому назначению.

Список трудностей и осложнений можно продолжить, но кажется полезным дополнить и вышесказанное. По уровню состояния нанотехнологии в разных странах с учетом научного потенциала, публикаций, патентов, реализации достижений и масштабов финансирования известная аналитическая фирма Lux Research Inc. в 2005 году, обследовав 51 страну, в которых развиваются нанотехнологии, выделила 14 ведущих государств, разделив их на четыре группы. Первая группа: США, Япония, Южная Корея, ФРГ (доминирующие лидеры); вторая группа: Тайвань, Израиль, Сингапур ("игроки ниши"; страны, активно работающие в отдельных направлениях); третья группа: Великобритания, Франция ("замок слоновой кости"; страны с высоким научным потенциалом, но со скромной реализацией достижений); наконец, четвертая группа: Китай, Канада, Австралия, Россия, Индия (низшая лига).

Как видим, в этой табели о рангах Россия занимает скромное место. Конечно, по сравнению с 2005 годом у нас наметились значительные сдвиги: принята программа развития нанотехнологии и значительно увеличены государственные ассигнования, но и ситуация в других странах, особенно в Китае, заметно прогрессирует. По количеству "наностатей", опубликованных в 2005 году, Россия занимает 9-е место (2185 статей); США - 14 750 (1-еместо), Китай-11 746 (2-е место). Причем по сравнению с 2004 годом мы опустились на одно место, пропустив вперед Италию, и опережаем Тайвань и Индию всего лишь соответственно на 20 и 80 публикаций.

Таким образом, поддержание паритета с развитыми странами требует от российских исследователей немалых усилий. Здесь нужно учитывать и огромный массив публикуемой в настоящее время и быстро нарастающей информации. Каждый день появляется около 200 статей, проходят одна-две международные конференции и выходят из печати одна-две монографии (сборника), посвященных нанопроблематике, что, конечно, требует надлежащего информационного обеспечения наших НИОКР.

В заключение отметим, что существуют и общие трудности в нанотехнологическом развитии. Наряду с общеизвестными весомыми преимуществами реализации достижений нанотехнологии практически во всех областях человеческой деятельности (традиционная и новая техника, энергетика, электроника, информационные технологии, медицина, сельское хозяйство, оборона, транспорт и охрана окружающей среды) осознаются и тщательно исследуются и возможные негативные моменты: вредное влияние некоторых нанопродуктов на человеческое здоровье, а также риски и осложнения, связанные с опасными военными приложениями и необходимостью принятия превентивных мер, в том числе и международных соглашений, регламентирующих контроль нанотехнологических исследований.