Где и как применяются нанотехнологии

Неудивительно, что все развитые страны выделяют на развитие нанотехнологий миллиардные бюджеты. Гонка началась в 2000 году, когда в США обратили внимание на огромные госрасходы Японии в этой области...

Китайские «наноноски», которые продаются на московских рынках, вызывают у хрупкой сероглазой блондинки Оксаны Рыбченко только улыбку. «Ну подумайте, какие могут быть нанотехнологии за 80 рублей, - смеётся она, - а вот косметический крем с наночастицами я бы купила. Серьёзно. Если, конечно, он прошёл все нужные медицинские испытания». Про нанокрем Оксана Рыбченко узнала не из рекламы глянцевого журнала и не от подруг. Нанотехнологии - сфера профессиональных интересов старшего научного сотрудника Института физики твёрдого тела РАН из подмосковной Черноголовки. Она вспоминает одно из выступлений на международной конференции по передовым наноматериалам, которая в конце июня прошла в португальском городе Авейро.

«От размера частиц лекарства зависит, насколько хорошо они будут проникать через стенку сосуда и оседать в органе-мишени. Оптимальный размер - не меньше 50 и не больше 100 нанометров», - рассказывает Оксана. Представить частицу такой величины для неё не проблема. Она подсчитывает нанометры с той же лёгкостью, с какой участник золотой сотни Forbes подсчитывает свои миллионы. Для обычного человека что миллиард долларов, что миллиард сто миллионов - одно и то же, он не оперирует такими суммами на практике. А миллиардер чувствует разницу буквально кожей. Так же и с нанометрами. В город, который за красоту местных каналов называют португальской Венецией, Оксана Рыбченко ездила не только послушать, что рассказывают другие учёные, но и представляла свою работу с непростым названием «Нанокристаллизация аморфного сплава Fe80B20 методом кручения под высоким давлением». Сама она регулярно спускается в мир «нано», чтобы посмотреть на результаты своей работы.      

От металлического образца, который только что побывал в специальной установке под страшным давлением и нагрузкой, отделяются трёхмиллиметровые «блинчики» толщиной всего два десятка микрометров. Оксана переносит «блинчик» на стоящий в углу лаборатории прибор размером с большой стол. Внутри него располагаются ионные пушки, которые выстреливают с двух сторон на образец аргонную плазму, которая слой за слоем уносит атомы с образца до тех пор, пока не прожигают в нём... дыру.      

Края дырки - как раз то, что в данный момент больше всего интересует кандидата физико-математических наук. Материал этого краешка неправдоподобно тонок - буквально считанные нанометры. Как раз столько и нужно, чтобы просветить материал на электронном микроскопе.      

«Видите эти структуры? - Оксана показывает мне фотографию, напоминающую рассыпанный по тёмному полу светлый горох, да ещё и не очень резко снятый. - Это наши нанокристаллы. Их размер - 5-10 нанометров». В 10 раз меньше вируса гриппа, прикидываю я, освоившись с размерами.      

«Национальная нанотехнологическая инициатива», бюджет которой в этом году достиг 1,7 млрд. долларов. Ещё одной страной - лидером в сфере нано считается Германия. Россия, навёрстывая упущенное в лихие 90-е, пытается догнать «большую тройку».    Оксана рассказывает, что появление этих нанокристаллов (а возникают они в аморфных материалах, с которыми работает Оксана, при больших давлениях и деформациях) резко меняет свойство материала. Сплавы алюминия приобретают прочность стали, сохраняя при этом свою лёгкость. А сплавы железа, ещё один предмет исследований, сильно меняют свои магнитные свойства. Это превращение может оказаться очень полезным на практике.      

Нобелевскую премию по физике в прошлом году дали немцу Петеру Грюнбергу и французу Альберу Феру именно за исследование магнитных свойств наноструктур. Присуждение премии - дело небыстрое, так что открытием Грюнберга и Фера вы скорее всего уже несколько лет пользуетесь, даже не подозревая об этом. Оно позволило сделать очень чувствительные считывающие головки для компьютерных жёстких дисков.      

Диски, в которых используется открытый физиками «гигантский магниторезистивный эффект», то есть почти все, что выпускаются сегодня, вмещают раз в 10 больше информации, чем устройства предыдущего поколения. Сам диск стало возможным уменьшить до размера пятирублевой монеты и втиснуть в музыкальный плеер. Так что некоторые журналисты, не разобравшись, откуда звон, на полном серьёзе писали, что Нобелевскую премию физикам дали за изобретение iPod.       От того, как будут продвигаться у инженеров и учёных дела в нанотехнологиях сегодня, без преувеличения, зависит наш завтрашний день. Все, наверное, заметили, как быстро дорожают продукты в магазинах. Это происходит потому, что на другом конце Земли резко растёт потребление всего, и еды в первую очередь.

На глазах сбывается «бородатый» анекдот: что будет, если в Азии перейдут с палочек на вилки? Нефть, которая когда-нибудь да кончится даже у нас в стране, дорожает ещё быстрее продуктов: люди по всему миру хотят лучше жить, ездить на автомобилях и летать на самолётах. «Нанотехнологии - единственный способ обеспечить что-то, похожее на жизненные стандарты первого мира, для всех людей», - заметил по этому поводу Стефен Джиллет, учёный из американского Института прогнозов в Пало-Альто.       Дешёвые солнечные батареи, которыми можно будет покрывать стены, как краской; ёмкие аккумуляторы и «суперконденсаторы», которые будут запасать энергию в автомобилях и ветряных электростанциях; эффективные топливные элементы, а вместе с ними и вся водородная энергетика - прогресс во всех этих областях зависит от успеха в нанотехнологиях.      

Почти полвека назад великий физик, нобелевский лауреат и известный донжуан и джазовый барабанщик Ричард Фейнман мечтал о микроскопических роботах, которые по заказу человека могли бы собирать наноразмерные структуры. «Такие роботы давным-давно известны, - улыбается старший научный сотрудник Института молекулярной биологии РАН, доктор физико-математических наук Юрий Нечипоренко. - Только в отличие от роботов, которые собраны инженерами, эти работают по не всегда известным нам правилам. Но мы учимся ими управлять».      

Неудивительно, что все развитые страны выделяют на развитие нанотехнологий миллиардные бюджеты. Гонка началась в 2000 году, когда в США обратили внимание на огромные госрасходы Японии в этой области. Ответом японцам стала«Национальная нанотехнологическая инициатива», бюджет которой в этом году достиг 1,7 млрд. долларов. Ещё одной страной - лидером в сфере нано считается Германия. Россия, навёрстывая упущенное в лихие 90-е, пытается догнать «большую тройку».  

На развитие нанотехнологий в нашей стране на семь лет выделено около 260 млрд. рублей. Примерно половина этой суммы приходится на финансирование научных программ - эту деятельность координирует российский научный центр «Курчатовский институт». Вторая половина, 130 млрд. рублей, выделяется на то, чтобы ускорить внедрение научных разработок в промышленность. Для этих целей создана государственная корпорация «Роснанотех», деятельность которой напоминает работу инвестбанка, только очень специализированного.  

Дело в том, что у нас в стране пока ещё слабо развита система научного предпринимательства, когда учёный организует фирму, которая пытается заработать на его научных разработках. Или передаёт эти разработки третьей стороне на выгодных для себя условиях и наслаждается плодами своих открытий, как это делает сейчас Петер Грюнберг. Для того, чтобы это стало обычной историей в России, нужно не просто поправить законодательство, но и создать систему венчурных фондов, которые готовы вкладывать средства в наукоёмкий бизнес. Создать такую систему и помогает «Роснанотех»: госкорпорация готова взять на себя до половины расходов по перспективным коммерческим проектам в сфере нанотехнологий. Только это не подарок, а инвестиция: автор должен доказать независимой экспертизе потенциальную прибыльность проекта, а вторую половину средств (или даже больше) должен принести частный бизнес.      

Про нанотехнологии в стране слышали 43% россиян, утверждает апрельский отчёт ВЦИОМа. Это больше, чем в Америке, где масштабная государственная наноинициатива продолжается уже семь лет. При этом подавляющее большинство из тех, что слышали (81%) уверены, что нанотехнологии принесут людям пользу, а 52%, как Оксана Рыбченко, купили бы продукцию с использованием нанотехнологий. При таком спросе даже удивительно, что злоупотреблений словом «нано» пока ещё мало. Хотя они, конечно, есть. Хит сезона - этикетка «Наномедицина. Мужские трусы с биофотонами. При длительном ношении повышают половую потенцию». Вместе с телефонной картой «волшебная» и прочей шарлатанской ерундой нанотрусы в России продаёт один китайский производитель.      

А вот наножидкости для автостёкол и даже наноноски, как ни странно, не только существуют, но и обладают заявленным эффектом: убивают бактерии и вместе с ними - неприятный запах. Это происходит благодаря наночастицам серебра, закреплённым на волокнах ткани. Вот только носки носкам рознь. Учёные из Аризонского университета несколько месяцев неутомимо стирали наноноски различных производителей, чтобы убедиться: на одних изделиях наночастицы сидят крепко, а с других смываются легко и могут проявить свои бактерицидные свойства там, где не надо, например в естественных водоёмах.      

Чтобы потребитель мог разобраться в нанопродукции и понять, насколько она безопасна, в России сейчас создаётся система добровольной сертификации товаров, которые претендуют носить на себе приставку «нано». Ну а пока система только в проекте, остаётся уповать на здравый смысл и покупать продукцию известных производителей, которые не будут рисковать своей репутацией ради модного слова.  

СправкаКакой размер имеет значение?   Попробуем представить всю ничтожность нанометровых масштабов. Посмотрите на волос - он толщиной примерно 0,1 миллиметра, или 100 микрометров. Поперечник эритроцита, который переносит кислород у нас в крови, в 10 раз меньше толщины волоса - примерно 10 микрометров. Спускаемся ещё на ступеньку вниз: 1 микрометр, или 1 тыс. нанометров, - размер бактерии кишечной палочки. Делим ещё на 10, вот и добрались: 100 нанометров - размер вируса гриппа и верхняя граница мира «нано».    

Инженеры и учёные договорились считать нанотехнологиями всё то, что человек сознательно делает со структурами меньше 100 нанометров. Причём так, чтобы этот размер определял главные свойства этих структур. Именно поэтому к нанотехнологиям не относят, к примеру, процессор, который работает в вашем компьютере. Хотя транзисторы в этом процессоре скорее всего не крупнее сотни нанометров, технология их производства - прямая наследница прежнего, более грубого процесса. А вот будущие поколения процессоров, которые будут работать на квантовых эффектах (нынешним эти эффекты лишь мешают), можно будет законно причислить к «нано».      

Источник: newsland.ru