Реферат: по теме: Нанотехнологии в современном мире –

Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя

общеобразовательная школа №3 с углубленным изучением отдельных

предметов города Чехова Московской области

Реферат по географии на тему:

«Нанотехнологии. Перспективы развития отрасли».

Выполнила:

Ученица 10-б класса

Пашкова Дарья

Проверила:

Учитель географии

Сушкевич О. А.

г. Чехов

2008 год

Содержание

1. Введение……………………………………………………………………………..стр.3-5

2.Теоретическая часть

2.1 Что такое нанотехнологии………………………………………………………стр.5-7

2.2 История………………………………………………………………………………….стр.7-9

2.3 Достижения нанотехнологий…………………………………………………..стр.10

2.4 Наночастицы…………………………………………………………………………..стр.11-12

2.5 Самоорганизация наночастиц………………………………………………….стр.13

3.Аналитическая часть

3.1 Инструменты нанотехнологий…………………………………………………стр.14-17

3.2 Нанохимия и наноматериалы…………………………………………………..стр.18-22

3.3 Наноэлектроника…………………………………………………………………….стр.23-25

3.4 Наномедецина…………………………………………………………………………стр.26-31

3.5 Нанобизнес……………………………………………………………………………..стр.32-35

4.Заключение…………………………………………………………………….стр.36-38

Список литературы……………………………………………………………………….стр.39

Приложение 1.  ………………………………………………………………….стр.40-43

Приложение 2. ………………………………………………………………………….стр.43-46

1. Введение

За последние несколько лет в мировое сознание быстро вошло короткое слово с мировым потенциалом. Это слово- «нано». Оно будит в воображении догадки о сильнейших сдвигах практически во всех аспектах науки и техники, имеет последствие для этики, экономики, международных отношений, повседневной жизни и даже понимания человеком своего места во Вселенной.

Цель моей работы состоит в том, чтобы осветить эту актуальную для нашего времени тему. Не приходиться сомневаться, что это совершенно новое и суперсовременное течение в науке и  технике. В данной работе я хочу порассуждать о данной проблеме, о путях её развития в мире и в России.

Актуальность темы прослеживается в том, что правительство нашей страны и всего мира активно занимается инновационными технологиями и вкладывает большие средства в реализацию крупнейших программ на основе нанотехнологий. С  этим связан так называемый «экономический прорыв», улучшение экономического благосостояния страны.

Основной задачей моей работы является как можно интересней и позновательней раскрыть данную тему. В своём реферате я использовала следующие источники: научные книги, журналы, энциклопедии, а также сайты Интернета.

Для понятия нанотехнология, пожалуй, не существует исчерпывающего определения, но по аналогии с существующими ныне микротехнологиями следует, что нанотехнологии – это технологии, оперирующие величинами порядка нанометра. Поэтому переход от “микро” к “нано” – это качественный переход от манипуляции веществом к манипуляции отдельными атомами.

Когда речь идет о развитии нанотехнологий, имеются в виду три направления: изготовление электронных схем (в том числе и объемных) с активными элементами, размерами сравнимыми с размерами молекул и атомов; разработка и изготовление наномашин; манипуляция отдельными атомами и молекулами и сборка из них макрообъектов.

Разработки по этим направлениям ведутся уже давно. В 1981 году был создан туннельный микроскоп, позволяющий переносить отдельные атомы. С тех пор технология была значительно усовершенствована. Сегодня эти достижения мы используем в повседневной жизни: производство любых лазерных дисков, а тем более DVD невозможно без использования нанотехнических методов контроля.

На данный момент возможно наметить следующие перспективы нанотехнологий:

1. Медицина. Создание молекулярных роботов-врачей, которые “жили” бы внутри человеческого организма, устраняя или предотвращая все возникающие повреждения, включая генетические.

Срок реализации – первая половина XXI века.

2. Геронтология. Достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и улучшения тканей человеческого организма. Оживление и излечение тех безнадежно больных людей, которые были заморожены в настоящее время методами крионики.

Срок реализации: третья – четвертая четверти XXI века.

3. Промышленность. Замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул.

Срок реализации – начало XXI века.

4. Сельское хозяйство. Замена природных производителей пищи (растений и животных) аналогичными функционально комплексами из молекулярных роботов. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем. Например, из цепочки “почва – углекислый газ – фотосинтез – трава – корова – молоко” будут удалены все лишние звенья. Останется “почва – углекислый газ – молоко (творог, масло, мясо)”. Такое “сельское хозяйство” не будет зависеть от погодных условий и не будет нуждаться в тяжелом физическом труде. А производительности его хватит, чтобы решить продовольственную проблему раз и навсегда.

 Срок реализации – вторая – четвертая четверть XXI века.

5. Биология. Станет возможным внедрение наноэлементов в живой организм на уровне атомов. Последствия могут быть самыми различными – от “восстановления” вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов.

Срок реализации: середина XXI века.

 6. Экология. Полное устранение вредного влияния деятельности человека на окружающую среду. Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырье, а во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы.

Срок реализации: середина XXI века.

7. Освоение космоса. По-видимому, освоению космоса “обычным” порядком будет предшествовать освоение его нанороботами. Огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком – сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из “подручных материалов” (метеоритов, комет) космические станции. Это будет намного дешевле и безопаснее существующих ныне методов.

 8. Кибернетика. Произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, размеры активных элементов уменьшаться до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут терагерцовых величин. Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах. Появится быстродействующая долговременная память на белковых молекулах, емкость которой будет измеряться терабайтами. Станет возможным “переселение” человеческого интеллекта в компьютер.

Срок реализации: первая – вторая четверть XXI века.

9. Разумная среда обитания. За счет внедрения логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет “разумной” и исключительно комфортной для человека.

Срок реализации: после XXI века.

1.  Что такое нанотехнологии?

Нанотехнологии – это “самые высокие” технологии, на развитие которых ведущие экономические державы тратят сегодня миллиарды долларов. По прогнозам ученых нанотехнологии в XXI веке произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую в ХХ произвели компьютеры в манипулировании информацией”, а их развитие изменит жизнь человечества больше, чем освоение письменности, паровой машины или электричества.

Словари доходчиво объясняют: «Нанотехнология — область прикладной науки и техники, занимающаяся изучением свойств объектов и разработкой устройств размеров порядка нанометра». А нанометр – это всего лишь миллиметр, поделенный на миллион.Нанотехнологии качественно отличаются от традиционных дисциплин, поскольку на таких масштабах привычные, макроскопические, технологии обращения с материей часто неприменимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул или агрегатов молекул, квантовые эффекты.

Нанотехнология призвана сверхточно манипулировать индивидуальными атомами и молекулами. Она изменит наш мир больше, чем мы можем себе представить. Наномашины должны уметь захватывать атомы или молекулы и соединять их между собой, причем не хаотично, а в соответствии с заданным алгоритмом. Важно отметить, что такие машины уже тысячи лет превосходно функционируют в природе, и примером их работы может служить механизм синтеза белка рибосомами.

В практическом аспекте это технологии производства устройств и их компонентов, необходимых для создания, обработки и манипуляции атомами, молекулами и частицами, размеры которых находятся в пределах от 1 до 100 нанометров. Однако, нанотехнология сейчас находится в начальной стадии развития, поскольку основные открытия, предсказываемые в этой области, пока не сделаны. Тем не менее проводимые исследования уже дают практические результаты. Использование в нанотехнологии передовых научных результатов позволяет относить её к высоким технологиям.Генные инженеры, сегодня, пытаются построить первые экспериментальные искусственные наномашины, используя биологический природный материал: аминокислоты, белки, молекулы ДНК и др. Развитие современной электроники идёт по пути уменьшения размеров устройств. Возможности использования нанотехнологий неисчерпаемы: от «проживающих» в организме нанокомпьютеров, убивающих раковые клетки и ремонтирующих поврежденные ткани и органы, до автомобильных двигателей, не загрязняющих окружающую среду. Нанотехнология — следующий логический шаг развития электроники и других наукоёмких производств.

2.  История

Многие источники, в первую очередь англоязычные, первое упоминание методов, которые впоследствии будут названы нанотехнологией, связывают с известным выступлением Ричарда Фейнмана «Там внизу много места» (англ. «There’s Plenty of Room at the Bottom»), сделанным им в 1959 году в Калифорнийском технологическом институте на ежегодной встрече Американского физического общества. Ричард Фейнман предположил, что возможно механически перемещать одиночные атомы, при помощи манипулятора соответствующего размера, по крайней мере, такой процесс не противоречил бы известным на сегодняшний день физическим законам.Этот манипулятор он предложил делать следующим способом. Необходимо построить механизм, создававший бы свою копию, только на порядок меньшую. Созданный меньший механизм должен опять создать свою копию, опять на порядок меньшую и так до тех пор, пока размеры механизма не будут соизмеримы с размерами порядка одного атома. При этом необходимо будет делать изменения в устройстве этого механизма, так как силы гравитации, действующие в макромире будут оказывать все меньшее влияние, а силы межмолекулярных взаимодействий и Ван-дер-Ваальсовы силы будут все больше влиять на работу механизма. Последний этап — полученный механизм соберёт свою копию из отдельных атомов. Принципиально число таких копий неограниченно, можно будет за короткое время создать любое число таких машин. Эти машины смогут таким же способом, поатомной сборкой собирать макровещи. Это позволит сделать вещи на порядок дешевле — таким роботам (нанороботам) нужно будет дать только необходимое количество молекул и энергию, и написать программу для сборки необходимых предметов. До сих пор никто не смог опровергнуть эту возможность, но и никому пока не удалось создать такие механизмы. Принципиальный недостаток такого робота – принципиальная невозможность создания механизма из одного атома.

Изложенные Фейнманом в лекции идеи о способах создания и применения таких манипуляторов совпадают практически текстуально с фантастическим рассказом известного советского писателя Бориса Житкова «Микроруки», опубликованным в 1931. Увеличение в 5000000 раз обеспечивают современные электронные и атомно-силовые микроскопы, считающиеся основными инструментами нанотехнологий, таким образом, литературного героя Левшу можно считать первым в истории нанотехнологом.

Впервые термин «нанотехнология» употребил Норио Танигути в 1974 году. Он назвал этим термином производство изделий размером несколько нанометров. В 1980-х годах этот термин использовал Эрик К. Дрекслер в своих книгах: «Машины создания: грядёт эра нанотехнологии» («Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology») и «Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation». Центральное место в его исследованиях играли математические расчёты, с помощью которых можно было проанализировать работу устройства размерами в несколько нанометров.

В принципе, создание наноманипуляторов может привести к сценарию «серой жижи».

 2.3 Достижения нанотехнологий

Одним из методов, используемых для изучения нанообъектов, является атомно-силовая микроскопия. С помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) можно не только увидеть отдельные атомы, но также избирательно воздействовать на них, в частности, перемещать атомы по поверхности. Учёным уже удалось создать двумерные наноструктуры на поверхности, используя данный метод. Например, в исследовательском центре компании IBM, последовательно перемещая атомы ксенонa на поверхности монокристалла никеля, сотрудники смогли выложить три буквы логотипа компании, используя 35 атомов ксенонa (D. M. Eigler, E. K. Schweizer, Nature, vol. 344, p.524, 1990).

При выполнении подобных манипуляций возникает ряд технических трудностей. В частности, требуется создание условий сверхвысокого вакуума (10−11 тор), необходимо охлаждать подложку и микроскоп до сверхнизких температур (4-10 К), поверхность подложки должна быть атомарно чистой и атомарно гладкой для чего применяются специальные методы её приготовления. Охлаждение подложки производится с целью уменьшения поверхностной диффузии осаждаемых атомов.

2.4  Наночастицы

Современная тенденция к миниатюризации показала, что вещество может иметь совершенно новые свойства, если взять очень маленькую частицу этого вещества. Частицы, размерами от 1 до 1000(свыше 100 нанометров наночастицами можно назвать их условно) нанометров обычно называют «наночастицами». Так, например, оказалось, что наночастицы некоторых материалов имеют очень хорошие каталитические и адсорбционные свойства. Другие материалы показывают удивительные оптические свойства, например, сверхтонкие пленки органических материалов применяют для производства солнечных батарей. Такие батареи, хоть и обладают сравнительно низкой квантовой эффективностью, зато более дешевы и могут быть механически гибкими. Удается добиться взаимодействия искусственных наночастиц с природными объектами наноразмеров — белками, нуклеиновыми кислотами и др. Тщательно очищенные, наночастицы могут самовыстраиваться в определенные структуры. Такая структура содержит строго упорядоченные наночастицы и также зачастую проявляет необычные свойства.

Нанообъекты делятся на 3 основных класса: трёхмерные частицы получаемые взрывом проводников, плазменным синтезом, восстановлением тонких плёнок итд, двумерные объекты – плёнки, получаемые методами молекулярного наслаивания, CVD, ALD, методом ионного наслаивания итд, одномерные объекты – вискеры, эти объекты получаются методом молекулярного наслаивания, введением веществ в цилиндрические микропоры и т.д. Также существуют нанокомпозиты – материалы полученные введением наночастиц в какие либо матрицы. На данный момент обширное применение получил только метод микролитографии, позволяющий получать на поверхности матриц плоские островковые объекты размером от 50 нм, применяется он в электронике. метод CVD и ALD в основном применяется для создания микронных плёнок. Прочие методы в основном используются в научных целях. В особенности следует отметить методы ионного и молекулярного наслаивания, поскольку с их помощью возможно создание реальных монослоёв.

2.5  Самоорганизация наночастиц

Одним из важнейших вопросов, стоящих перед нанотехнологией — как заставить молекулы группироваться определенным способом, самоорганизовываться, чтобы в итоге получить новые материалы или устройства. Этой проблемой занимается раздел химии — супрамолекулярная химия. Она изучает не отдельные молекулы, а взаимодействия между молекулами, которые, организовываясь определенным способом, могут дать новые вещества. Обнадеживает то, что в природе действительно существуют подобные системы и осуществляются подобные процессы. Так, известны биополимеры, способные организовываться в особые структуры. Один из примеров — белки, которые не только могут сворачиваться в глобулярную форму, но и образовывать комплексы — структуры, включающие несколько молекул протеинов (белков). Уже сейчас существует метод синтеза, использующий специфические свойства молекулы ДНК. Берется комплементарная ДНК, к одному из концов подсоединяется молекула А или Б. Имеем 2 вещества: —-А и —-Б, где —- — условное изображение одинарной молекулы ДНК. Теперь, если смешать эти 2 вещества, между двумя одинарными цепочками ДНК образуются водородные связи, которые притянут молекулы А и Б друг к другу. Условно изобразим полученное соединение: ====АБ. Молекула ДНК может быть легко удалена после окончания процесса.

3.1  Инструменты нанотехнологии

Главный инструмент нанотехнолога – его мозг. Получая новую информацию, мы анализируем, систематизируем и осмысливаем ее, и лишь потом ставим вопросы, ищем доказательства, формулируем законы, выдвигаем гипотезы и теории. Поэтому огромную роль в познании природы играют инструменты получения информации о ней, первыми среди которых были наши удивительные органы чувств: глаза, уши, нос – сами по себе сложные устройства, достойные восхищения инженера. А ведь знания о природе не самоцель, а тоже своего рода инструменты, с помощью которых человек решает различные задачи: от постройки дома до полета на Луну. Но научных знаний тоже недостаточно. Чтобы воспользоваться ими, надо создать соответствующую технику, для чего опять-таки необходимы инструменты; сначала ими была просто пара лохматых рук.

Для изучения нанообъектов разрешения оптических микроскопов (даже использующих ультрафиолет) явно недостаточно. В связи с этим в 1930-х гг. возникла идея использовать вместо света электроны, длина волны которых, как мы знаем из квантовой физики, в сотни раз меньше, чем у фотонов.

Весами, на которых можно взвешивать тела с массой в несколько милли и микрограмм, давно уже никого не удивишь – они используются в любом школьном кабинете физики. Но нельзя непосредственно взвесить как очень большой, так и очень маленький объекты, поскольку для них не существует эталонных мер.

В основе работы нановесов лежит эффект, хорошо известный из школьной физики: собственная частота колебаний пружины зависит от массы груза и ее жесткости.

В последнее время бурное развитие электронной, атомно-силовой и туннельной микроскопии, равно как и развитие информационных технологий, привело к тому, что сегодня наблюдения за поведением отдельных атомов стали доступны широкому кругу исследователей.

В наномире действуют иные величины: миллиардные доли метра и миллиардные доли секунды. Если б мы были нанометровыми человечками, то вращение сверла бормашины в зубном кабинете казалось бы нам таким же медленным, как обычному человеку – вращение Земли вокруг Солнца. А ведь Земля вращается не так уж и медленно – 30 км/с! А за то время, пока обычный человек успел бы моргнуть своим «громадным» глазом, мы бы успели основать и построить наноскопический Санкт-Петербург, такой же, как тот, на сооружение которого у обычных людей ушло около 300 лет!

Таким образом, нанометровые инструменты и манипуляторы, в отличие от современных макроскопических, могли бы быть очень быстрыми. Если движение большой и тяжелой «руки» макроскопического робота-сборщика занимает секунды и тратит киловатты энергии, то наноробот способен перебирать своими «ручонками» за миллиардные доли секунды, затрачивая всего лишь миллиардные доли ватт. Кроме того, промышленная установка весом всего 1 грамм, как показывают расчеты, может иметь более 1017 наноманипуляторов. С помощью такой установки те же батареечки, которые при макроскопическом подходе нереально собрать из атомов, можно будет штамповать десятками тысяч штук в секунду!

Разработка такого манипулятора – главная цель всей современной нанотехнологии, на сегодняшний момент, к сожалению, никем не реализованная.

Как двигать атомы с помощью микроскопа?

Первыми устройствами, с помощью которых стало возможным наблюдать за нанообъектами и передвигать их, стали сканирующие зондовые микроскопы – атомно-силовой микроскоп и работающий по аналогичному принципу сканирующий туннельный микроскоп. Атомно-силовая микроскопия (АСМ) была разработана Г. Биннигом и Г. Рорером, которым за эти исследования в 1986 была присуждена Нобелевская премия. Создание атомно-силового микроскопа, способного чувствовать силы притяжения и отталкивания, возникающие между отдельными атомами, дало возможность, наконец, «пощупать и увидеть» нанообъекты. Основой АСМ (см. рис. 7а) служит микрозонд, обычно сделанный из кремния и представляющий собой тонкую пластинку-консоль (ее называют кантилевером, от английского слова “cantilever” – консоль, балка). На конце кантилевера (длина – 500 мкм, ширина – 50 мкм, толщина – 1 мкм) расположен очень острый шип (высота – 10 мкм, радиус закругления от 1 до 10 нм), оканчивающийся группой из одного или нескольких атомов. При перемещении микрозонда вдоль поверхности образца острие шипа приподнимается и опускается, очерчивая микрорельеф поверхности, подобно тому, как скользит по грампластинке патефонная игла. На выступающем конце кантилевера (над шипом) расположена зеркальная площадка, на которую падает и от которой отражается луч лазера. Когда шип опускается и поднимается на неровностях поверхности, отраженный луч отклоняется, и это отклонение регистрируется фотодетектором, а сила, с которой шип притягивается к близлежащим атомам – пьезодатчиком. Данные фотодетектора и пьезодатчика используются в системе обратной связи, которая может обеспечивать, например, постоянную величину силу взаимодействия между микрозондом и поверхностью образца. В результате, можно строить объёмный рельеф поверхности образца в режиме реального времени. Разрешающая способность АСМ метода составляет примерно 0,1-1 нм по горизонтали и 0,01 нм по вертикали.

Другая группа сканирующих зондовых микроскопов для построения рельефа поверхности использует так называемый квантово-механический «туннельный эффект». Суть туннельного эффекта состоит в том, что электрический ток между острой металлической иглой и поверхностью, расположенной на расстоянии около 1 нм, начинает зависеть от этого расстояния – чем меньше расстояние, тем больше ток. Если между иглой и поверхностью прикладывать напряжение 10 В, то этот «туннельный» ток может составить от 10 нА до 10 рА. Измеряя этот ток и поддерживая его постоянным, можно сохранять постоянным и расстояние между иглой и поверхностью. Это позволяет строить объёмный профиль поверхности. В отличие от атомно-силового микроскопа, сканирующий туннельный микроскоп может изучать только поверхности металлов или полупроводников. Сканирующий туннельный микроскоп можно использовать и для перемещения атома в точку, выбранную оператором. Если напряжение между иглой микроскопа и поверхностью образца сделать в несколько больше, чем надо для изучения этой поверхности, то ближайший к ней атом образца превращается в ион и “перескакивает” на иглу. После этого слегка переместив иглу и изменив напряжение, можно заставить сбежавший атом “спрыгнуть” обратно на поверхность образца. Таким образом, можно манипулировать атомами и создавать наноструктуры, т.е. структуры на поверхности, имеющие размеры порядка нанометра. Ещё в 1990 году сотрудники IBM показали, что это возможно, сложив из 35 атомов ксенона название своей компании на пластинке из никеля. С помощью зондового микроскопа можно не только двигать атомы, но и создавать предпосылки для их самоорганизации. Например, если на металлической пластине находится капля воды, содержащая ионы тиолов, то зонд микроскопа будет способствовать такой ориентации этих молекул, при которой их два углеводородных хвоста будут обращены от пластины. В результате, можно выстроить монослой тиольных молекул, прилипших к металлической пластине.

3.2 Нанохимия и наноматериалы

“Наномалина”
Все Вы видели накопительную карточку “малина”… Ничего общего?
А на самом деле это: Микросферы литиевой феррошпинели состава LiFe5O8 , полученные методом пиролиза аэрозолей из растворов нитратов при температуре 850оС.

Сегодня ученые умеют получать наноструктуры практически всех химических элементов, что дает огромную свободу для исследований. В последнее время стало известно, что наночастицы серебра гораздо лучше убивают бактерии, чем серебро в компактном состоянии, что делает их полезными для очистки воды и борьбы с инфекциями. На сегодняшний день наночастицы являются наиболее изученной областью нанохимии.

Свойства наносистем настолько отличаются от свойств макроскопических количеств тех же веществ, что их изучает особое научное направление под названием физикохимия наносистем или нанохимия.

Активно развиваясь в последние десятилетия, нанохимия занимается изучением свойств различных наноструктур, а также разработкой новых способов их получения, изучения и модификации.

Одна из приоритетных задач нанохимии – установление связи между размером наночастицы и ее свойствами.

Для промышленного получения наночастиц существует много способов: биохимический, радиационно-химический, фотохимический, электровзрывной, микроэмульсионный, детонационный, лазерная абляция в жидкости, конденсация, вакуумное испарение, ионная имплантация и др.

Поскольку нанохимия – наука сравнительно молодая, пока нет ни единой терминологии, ни классификации того, что она изучает. Более того: можно сказать, что классификаций столько же, сколько ученых. Относительно общепризнанным считается, что нанохимия исследует получение и свойства различных наносистем. Под наносистемой здесь понимается взвесь наночастиц размером не более 100 нм в некоторой среде. При этом сами наночастицы следует понимать как системы, состоящие из еще более мелких единиц – кластеров – минимальных строительных «кирпичиков» вещества. Размер кластера не превышает 10 нм. Именно на уровне кластеров активно проявляются всевозможные квантовые эффекты.

Нанотрубка – это полая внутри молекула, состоящая из порядка 1.000.000 атомов углерода и представляющая собой однослойную трубку диаметром около нанометра и длиной в несколько десятков микрон. На ее поверхности атомы углерода расположены в вершинах правильных шестиугольников.

Удивительные свойства нанотрубок помогают им накапливать и хранить водород – экологичное топливо автомобилей будущего. Для выработки электроэнергии в двигателях на топливных ячейках используется реакция водорода (H2) и кислорода (O2). При этом выхлоп автомобиля состоит из водяного пара (H2O). Раньше производители не могли и помыслить о таких автомобилях, потому что водород – самый легкий в мире газ, и несколько килограмм водорода – это уже огромный баллон. Автолюбители не стали бы таскать с собой гигантский пузырь и надувать его на бензоколонках. Но нанотрубки с наночастицами палладия могут компактно хранить водород в тысячи раз больше своего объема, а значит, сделают автомобили более мощными, дешевыми и экологичными.

Компания Toyota еще в 2001 приступила к испытаниям такого автомобиля. Ожидается, что к 2021 году японские компании выпустят 50.000 машин на топливных ячейках, а к 2020 году – уже 5.000.000! Hyundai, UTC Fuel Cells и ChevronTexaco открыли в Калифорнии экспериментальную водородную станцию, которая будет заправлять 5 машин Hyundai и Kia на водородных топливных ячейках.

Дальнейшее развитие технологии топливных ячеек позволит хранить в них в сотни и тысячи раз больше энергии, чем в современных батарейках.

Есть все основания полагать, что нанотехнология сделает термоядерные приборы компактными и дешевыми. Автомобили смогут годами ездить без дозаправки водородом, а сотовому телефону и ноутбуку зарядное устройство вообще не понадобится.

Большинство наносистем, получаемых промышленными методами, нестабильны, и если не создать необходимых условий для их консервации, они будут стремиться вернуться в свое компактное состояние. Но как же тогда объяснить стабильность некоторых наночастиц, например, фуллеренов и нанотрубок? Ведь несмотря на свои нанометровые размеры, они превосходно существуют и «поодиночке», отнюдь не стремясь объединяться с себе подобными. Ввиду этой уникальной особенности, фуллерены, нанотрубки и некоторые другие наночастицы были названы «магическими», а числа входящих в них атомов – «магическими числами». Все атомы «магических» наночастиц крепко связаны между собой, что придает им необходимую стабильность.Как уже отмечалось, свойства у наночастицы серебра на самом деле уникальные. Во-первых, это феноменальная бактерицидная и антивирусная активность. Об антимикробных свойствах, присущих ионам серебра, человечеству известно уже очень давно. В отличие от антибиотиков, убивающих не только вредоносные вирусы, но и пораженные ими клетки, действие наночастиц очень избирательно: они действуют только на вирусы, клетка при этом не повреждается! Дело в том, что оболочка микроорганизмов состоит из особых белков, которые при поражении наночастицами перестают снабжать бактерию кислородом. Несчастный микроорганизм больше не может окислять свое «топливо» – глюкозу, и гибнет, оставшись без источника энергии. Вирусы, вообще не имеющие никакой оболочки, тоже получают свое при встрече с наночастицей. А вот клетки человека и животных имеют более «высокотехнологичные» стенки, и наночастицы им не страшны.

В настоящий момент проводятся исследования возможностей использования наночастиц серебра в фармацевтических препаратах. Но уже сейчас они находят огромное количество применений.

 Например, фирма «Гелиос» выпускает зубную пасту «Знахарь» с наночастицами серебра, эффективно защищающую от различных инфекций. Также небольшие концентрации наночастиц добавляют в некоторые кремы из серии “элитной” косметики для предотвращения их порчи во время использования. Добавки на основе серебряных наночастиц применяются в качестве антиаллергенного консерванта в кремах, шампунях, косметических средствах для макияжа и т.д. При использовании наблюдается также противовоспалительный и заживляющий эффект.

 Ткани, модифицированные серебряными наночастицами, являются, по сути, самодезинфицирующимися. На них не может «ужиться» ни одна болезнетворная бактерия или вирус. Наночастицы не вымываются из ткани при стирке, а эффективный срок их действия составляет более шести месяцев, что говорит о практически неограниченных возможностях применения такой ткани в медицине и быту. Материал, содержащий наночастицы серебра, незаменим для медицинских халатов, постельного белья, детской одежды, антигрибковой обуви и т.д., и т.п.

Наночастицы способны долго сохранять бактерицидные свойства после нанесения на многие твердые поверхности (стекло, дерево, бумага, керамика, оксиды металлов и др.). Это позволяет создать высокоэффективные дезинфицирующие аэрозоли длительного срока действия для бытового применения. В отличие от хлорки и других химических средств обеззараживания, аэрозоли на основе наночастиц не токсичны и не вредят здоровью людей и животных.

Люди всегда искали способы борьбы с инфекциями, передаваемыми воздушно-капельным путем – гриппом, туберкулезом, менингитами, вирусным гепатитом и т. п. Но, увы, воздух в наших квартирах, офисах и особенно в местах массового скопления людей (больницы, общественные учреждения, школы, детские сады, казармы, тюрьмы и т. п.) перенасыщен патогенными микроорганизмами, выдыхаемыми зараженными людьми.

Традиционные способы профилактики не всегда справляются с этой проблемой, поэтому нанохимики предложили для ее решения очень элегантный способ: добавить в лакокрасочные материалы, покрывающие стены заведений, наночастицы серебра. Как оказалось, на покрашенных такими красками стенах и потолках не может «жить» большинство патогенных микроорганизмов.

Наночастицы, добавленные в угольные фильтры для воды, практически не вымываются с ней, как это происходит в случае обычных серебряных ионов. Это говорит о том, что срок действия таких фильтров будет несоизмеримо больше, а качество очистки воды возрастет на порядок.

Крошечные, незаметные, экологически чистые серебряные наночастицы могут применяться везде, где необходимо обеспечить чистоту и гигиену: от косметических средств до обеззараживания хирургических инструментов или помещений. При этом, как уверяют ведущие российские ученые в данной области, стоимость средств и материалов, созданных на их основе, будет не намного дороже традиционных аналогов, и с развитием нанотехнологий они станут доступны каждому. Фирма Samsung уже добавляет наночастицы серебра в сотовые телефоны, стиральные машины, кондиционеры и другую бытовую технику.

3.3  Наноэлектроника

Как известно, все вещества состоят из атомов, соединенных химическими связями, во многом определяющими их физико-химические свойства, в частности, электропроводность. Так, например, соль или дерево не проводят ток, являясь идеальными диэлектриками, в то время как металлическая проволока служит превосходным проводником тока.

Долгое время основными материалами микроэлектроники считались кремний – основа чипов, и медь, используемая в токопроводящих дорожках и контактах. Пластмассовым в компьютере был разве что корпус монитора. Однако прогресс не стоит на месте, и в последнее время все большую популярность завоевывают проводящие полимеры, которым, по прогнозам материаловедов, в ближайшие годы предстоит стать чуть ли не основным сырьем для производства полупроводниковой техники. Но прежде чем говорить об электропроводимости таких веществ, давайте вспомним, что же такое полимеры вообще.

Полимеры – это огромные молекулы-цепочки (макромолекулы), состоящие из большого числа многократно повторяющихся однотипных молекул-звеньев (мономеров). Греческая приставка «поли», означает «много».

Типичным полимером является уже знакомая нам молекула белка, состоящая из сотен молекул аминокислот. В природе полимеры встречаются на каждом шагу. Они – важная часть любого микроорганизма, растения, животного. Например, целлюлоза, крахмал, каучук, природные смолы – примеры полимеров растительного мира. В человеческом организме также немало полимеров: мышцы, кожа, волосы и др.

 До недавнего времени полимеры создавала только природа. Но в 20-х годах прошлого столетия человек узнал ее секрет и научился синтезировать их самостоятельно. Искусственные полимеры прочно вошли в наш быт под видом таких привычных веществ, как полиэтилен, капрон, нейлон и другие виды пластмасс. Сегодня благодаря своим ценным свойствам пластмассы повсеместно заменяют древесину, металл, стекло. Пластмассы не боятся влаги и едких кислот, не подвержены ржавчине и гнили и к тому же изготавливаются из дешевого углеводородного сырья.

Меняя длину и способы переплетения цепочек-полимеров, можно управлять прочностью и эластичностью пластмасс. Стоит к цепочке добавить еще хотя бы одно звено или ввести небольшое количество примесей — и у полимера появляются новые свойства. Одни пластмассы по прочности сравнимы с самой лучшей сталью, другие эластичнее резины, третьи прозрачны, как хрусталь, но не разбиваются. Одни пластмассы мгновенно разрушаются под действием тепла, другие способны выдерживать очень высокую температуру. Зная все это, ученые на сегодняшний день создали сотни тысяч различных синтетических полимеров.

Отличительным свойством синтетических полимеров до недавнего времени считалось их нулевая электропроводность. Все привычные типы пластмасс являются хорошими диэлектриками благодаря прочным ковалентным связям, образующим макромолекулярные соединения.

Однако эпохальное достижение трех нобелевских лауреатов 2000 года – Алана МакДайармида (США), Алана Хигеру (США) и Хидеки Ширакаве (Японии) – круто изменило общепринятую точку зрения. Этим ученым впервые удалось превратить пластмассу в электрический проводник. Студент Ширакавы как-то по ошибке добавил слишком много катализатора, в результате чего бесцветный пластик вдруг стал отражать свет подобно серебру, и это навело на мысль о том, что он перестал быть изолятором. Дальнейшие исследования привели к открытию полимера с проводимостью, в десятки миллионов раз превосходящей обычный пластик. Это открывает путь к новой электронике ХХI века, основанной на органических материалах. Ведь органические материалы легче и гибче традиционного кремния, им проще придать нужную форму, в том числе и трехмерную.

На проводящих полимерах основана молекулярная электроника. Например, ученые из Аризонского университета создали ограничитель напряжения из семи анилиновых фрагментов. Разрабатываются молекулярные транзисторы, конденсаторы, диоды.

Американская компания Superconnect разработала материал, который в будущем поможет ускорить передачу данных в Интернете в сто раз! Это особый полимер, позволяющий управлять потоками света при помощи других потоков (т.е. чисто фотонный транзистор).

Уже в начале нашего века появились серьезные преграды на пути развития электроники. Один из возможных путей дальнейшего прогресса – разработка миниатюрных интегральных устройств, в которых роль электронов частично или полностью передана фотонам. Это должно привести к созданию вычислительной техники, превосходящей по быстродействию и информационной емкости современные электронные устройства. Для реализации приборов с квантовой связью или устройств оптической обработки информации могут быть использованы квантовые плоскости на основе множества чередующихся сверхтонких (толщиной в один атом) полупроводниковых пленок. Замена электронов на фотоны породило новое направление в электронике – нанофотонику.

Перспективное направление развития нанотехники, отмеченное еще Эриком Дрекслером, – переход, как это ни кажется парадоксальным, от электронных устройств к механическим компьютерам.

Обычный механический компьютер с элементами макроскопического масштаба, разумеется, очень громоздок и работает чрезвычайно медленно. Однако с компонентами размером в несколько атомов такой механический компьютер оказался бы в миллиарды раз компактней современной микроэлектроники. И хотя механические сигналы передаются в 100 тыс. раз медленнее, им нужно было бы «преодолевать» путь в 1 млн. раз меньший, чем электронам в современных микросхемах. Поэтому простой механический нанокомпьютер был бы более быстродействующим.

Прототип такого устройства уже существует. Компанией IBM создана удивительная «многоножка», которая стала первым квантовым коммерческим устройством хранения данных.

3.4 Наномедецина

 С развитием биотехнологии тесно связано качественно новое направление медицинской науки – молекулярная наномедицина. С ней связывают такие уникальные вещи, как:

В настоящее время подобные проекты – уже не только плод воображения писателей-фантастов, но и реальные средства современной медицины.

Было бы здорово, если бы врачи или даже сами пациенты могли мгновенно проводить сложнейшие анализы и получать результаты в течение нескольких минут! Представьте себе, какой потрясающе компактной и эффективной могла бы быть лаборатория, если б все ее пространство (включая инструменты, столы, проходы, клавиатуры, мониторы, и т. д.) можно было бы «сжать» до размеров обыкновенного микрочипа, а все производимые в ней человеческие действия по доставке, перемещению и анализу образца полностью автоматизировать!

А теперь представьте, что такие лаборатории уже существуют! Называются они лабораториями на чипе. Один чип размером порядка 4х4 см может заменить целый комплекс оборудования, необходимого для анализа ДНК/РНК, установления родства, определения генетически модифицированных организмов, ранней диагностики онкологических заболеваний, изучения эффективности трансфекции клеток, количественного определения белков, определения уровня экспрессии генов и многого другого! При этом такая кроха-лаборатория умеет анализировать одновременно до 12 разных образцов, а время анализа, занимавшего раньше недели, сокращается до 15-30 минут.

Серебряные наночастицы – не единственные наноматериалы, пригодные для борьбы с бактериями. Недавно ученые из Питсбургского университета создали нанокатализатор, который производит углеродные нанотрубки одинакового размера и заставляет их собираться в структуру, напоминающую ковер. При добавлении к «ковру» различных биологических агентов он меняет свой цвет – от красного до желтого.

Самым удивительным оказалось то, что этим «наноковром» можно убивать различные микроорганизмы! В эксперименте на бактериях отдельные нанотрубки «ковра» проткнули их клеточные мембраны, чем вызвали гибель микроорганизмов.

«Наноковер» может быть использован в качестве биологического детектора либо бактерицидной поверхности в фильтрах для очистки воды, воздуха и т. д.Чтобы лекарство было эффективным важно, чтобы его молекулы попали к нужным клеткам: антидепрессанты попали в мозг, противовоспалительные средства – в места воспалений, антираковые препараты – в опухоль и т. д. Способность молекул вещества попадать в теле пациента туда, где они необходимы, называется биологической усвояемостью.

Биологическая усвояемость – камень преткновения всей современной фармацевтики. Более 65% денег, потраченных на разработку новых лекарств, выбрасывается на ветер из-за их плохой усвояемости. Один из способов улучшить ее – просто увеличить дозу лекарства. Однако многие лекарства токсичны, и увеличенная доза может вызвать у пациента тяжелые последствия (а порой даже убить). Это особенно важно для противораковых препаратов, которые убивают не только больные, но и здоровые клетки.

Поэтому сегодня учеными всего мира ведутся активные работы по адресной доставке лекарств, которые будут точно попадать в цель, не повреждая других органов. Для этого пытаются создать некое «транспортное средство» для точной доставки лекарств в клетку, так как многие болезни (не только рак) зависят от нарушения внутриклеточных механизмов, повлиять на которые можно только доставив лекарство в клетку.

Поиск молекулярного транспорта начался в восьмидесятые годы, когда исследователи стали активно заниматься генной инженерией. В частности, группе российских ученых под руководством Александра Соболева удалось разработать специальную макромолекулу-транспортер, способную доставить лекарство в дефектную клетку.

Опыты, которые ставила группа Соболева на раковых клетках, показали, что эффективность лекарственного вещества, которое доставляется макромолекулой-транспортером в ядро, при различных типах рака может возрастать в 250-1000 раз, а это значит, что во столько же раз можно снизить дозу препарата, чтобы вызвать нужный эффект.

Медиков и биологов чрезвычайно интересует, как перемещаются в организме различные вещества (в частности, лекарства). Отслеживание такого перемещения позволяет им определить, как распределяются и усваиваются в организме новые препараты, то есть какова их биологическая усвояемость.

До недавнего времени для подобных исследований применялись различные красители, называемые маркерами, подмешиваемые к исследуемому веществу. Подкрашенные клетки были хорошо видны в оптический микроскоп на фоне бесцветных клеток организма, что позволяло делать довольно точные выводы об их локализации. Но органические красители, во-первых, могут быть токсичными, а во-вторых, для их обнаружения требуется облучение светом лишь определенной частоты, поскольку различные красители отражали различные частоты спектра. Следовательно, для одновременного исследования нескольких препаратов требовалось столько же источников света. Данную проблему удалось решить с помощью нанотехнологий, а точнее – квантовых точек.

Квантовые точки – это полупроводниковые кристаллы нанометрового размера, имеющие уникальные химические и физические свойства, не характерные для тех же веществ в макромасштабе. Учеными были получены уникальные флуоресцентные квантовые точки, причем разного цвета. Эти точки дают намного более мощный отблеск света, чем традиционные красители, и обладают особым биоинертным покрытием, которое, с одной стороны, защищает сами квантовые точки от «нападения» ферментов и других биологических молекул, а с другой – не дает возможности токсичным веществам попасть в организм, что очень важно для диагностики заболеваний. Кроме того, разные группы таких нанометок можно освещать одним общим источником.

Квантовые точки широко применяются в диагностических целях. В частности, их можно присоединять к биомолекулам типа антител, пептидов, белков или ДНК. А эти комплексы, в свою очередь, могут быть спроектированы так, чтобы обнаруживать другие молекулы (например, типичные для поверхности раковых клеток).

Применение квантовых точек может существенно расширить диагностические возможности медицины. Ведь можно сконструировать сотни разновидностей квантовых точек, соединяющихся в организме с различными биомолекулами или антигенами, и таким образом находить участки со специфическим сочетанием признаков заболевания.

Дальнейшие планы исследователей еще заманчивее. Новые квантовые точки, соединенные с набором биомолекул, будут не только находить и показывать опухоли, но и осуществлять точную адресную доставку новых поколений лекарств.

Отыскать эликсир бессмертия человечество мечтало всегда. В Средние века этой идеей были одержимы алхимики, а в настоящее время она лежит в основе нового философского течения, получившего название трансгуманизм, или иммортализм.

Все более популярное сегодня, трансгуманистическое мировоззрение утверждает, что человеческий вид является не завершающим звеном эволюции, а скорее ее началом. Трансгуманисты убеждены, что недалек тот день, когда с развитием науки и техники люди смогут радикально усилить свои интеллектуальные и физические возможности, перестанут умирать от старости и болезней и избавят весь мир от несчастий и страданий.

14 июня 1996 года Крис Феникс – автор идеи конвергентной нанофабрики, оставил на форуме сообщение: «А что если заменить кровь человека 500 триллионами роботов?». Этот «безумный» на первый взгляд вопрос привел Феникса к продолжительному сотрудничеству с Робертом Фрайтасом, результатом которого явился 100-страничный труд под названием “Roboblood” (робототехническая кровь), изданный в 2002 году.

 “Roboblood” представляет собой детально рассчитанный проект комплекса медицинских нанороботов, способных жить и функционировать в человеческом теле, выполняя самые разнообразные функции крови, включая циркуляцию дыхательных газов, глюкозы, гормонов, отходов, клеточных компонентов, процесс деления цитоплазмы. Впрочем, для своего наноробота ученые придумали другой термин – васкулоид (от лат. vas – сосуд и греч. oidos – подобный).

“Робокровь”, включающая около 500 триллионов микроскопических нанороботов общим весом примерно 2 кг, потребляет 30-200 Ватт энергии в зависимости от рода человеческой деятельности. Система соответствует форме кровеносных сосудов и может служить полной заменой естественной кровеносной системе. Проще говоря, нанороботы образуют кровеносную систему и функционируют в ней. Подразумевается, что они будут сделаны из алмазоида или другого биосовместимого материала, а биологическое питание будут получать из глюкозы и кислорода.

Какие же преимущества дает такая роботизированная кровь обычному человеку? Возможностей, оказывается, множество: это и борьба с болезнетворными микробами, и регулярная «чистка» и укрепление сосудов, предотвращающая болезни типа атеросклероза, варикозного расширения вен и т. д., и автоматическое лечение поврежденных клеток, и даже замена больных генов здоровыми.

3.5  Нанобизнес

Что значит делать бизнес? Это значит придумать что-то новое, затем это что-то произвести, а после продать. Так вот, придумать нелегко, произвести еще труднее, но самое трудное — продать.

В США и странах Европы выдающиеся ученые и изобретатели люди далеко не бедные. Наши же российские ученые часто не обладают предпринимательской жилкой вообще. Как это ни парадоксально, но они создают технологии, приносящее очень большой экономический эффект, но совершенно не могут их продвигать и получать большие деньги за решение сложных задач. Более того, часто при выборе задач они и не сравнивают их с точки зрения экономического эффекта, а ведь интуитивно понятно, что новое техническое решение, позволяющее производителю сэкономить миллион долларов, будет оплачено намного выше, чем такое же с точки зрения времени и трудозатрат, но дающее копеечные выгоды.

В последнее время все больше дальновидных предпринимателей, понимающих перспективность и экономическую выгоду нанотехнологий, предпочитают вкладывать средства в высокотехнологичные проекты.

На Россию же приходится менее 1% мировых «наноинвестиций». И в России не существует целевой государственной программы поддержки нанотехнологий. И что самое неприятное – государство само еще не определилось, нужны ли ему нанотехнологии. «Национальная нанотехнологическая инициатива России» – сегодня звучит фантастично, поэтому тому, кто все-таки решил всерьез заняться нанотехнологиями у нас, надо иметь четкое представление о том, откуда берутся и куда уходят деньги в этой удивительной отрасли.

Существуют рискованные бизнесы, связанные с разработкой и продвижением на рынки новых продуктов. Разработка новых продуктов требует времени и денег, и поэтому заранее предсказать, получится ли разработать действительно хороший продукт и будет ли он затем принят потребителями, очень сложно. Риск неудачи такого бизнеса очень велик – вплоть до полной потери инвестированного капитала. Однако же в случае удачи можно оказаться первым и единственным производителем остро востребованного продукта и за счет этого получать в течение определенного времени очень высокие прибыли (чтобы догнать вас, конкурентам придется затратить немало времени и ресурсов).

Эксперты оценивают мировой рынок нанотехнологической продукции в 1.000.000.000.000 (триллион!) долларов лишь к 2021 году. В мире существует более трех тысяч потребительских и огромное число промышленных продуктов, произведенных с помощью нанотехнологий и пользующихся спросом на мировом рынке. Функционирует свыше 16.000 нанотехнологических компаний, число которых удваивается каждые полтора года.

В России нанотехнология тоже начинает приносить свои первые плоды – в декабре 2004 года в г. Фрязино прошла первая конференция, посвященная промышленному использованию нанотехнологий, где ученые представили десятки мощных технологий, готовых к внедрению на производстве. Среди них новые материалы на основе нанотрубок, сверхпрочные покрытия,антифрикционные составы, проводящие полимеры для гибкой электроники и т.д.

Важно правильно оценить изобретение, которое вы хотите сделать основой будущего бизнеса. Это самый важный шаг – от него зависит успешность всего проекта. Действительно стоящее изобретение – это то, что увеличивает полезный эффект продукта в десятки и сотни раз без существенного ухудшения остальных показателей.

В силу скоротечности технологических перемен в отрасли на самое изощренное изобретение может быстро найтись усовершенствованный заменитель, а то и вовсе в нем может пропасть необходимость в результате развития конкурентов.

Это требует кропотливой работы, но зато риск, что завтра кто-нибудь представит устройство или материал, делающий продукцию предприятия ненужной, значительно снижается.

В России в силу низкого уровня развития законодательного регулирования отношений в сфере интеллектуальной собственности она зачастую должным образом не оформляется, но от этого никуда не исчезает, а продолжает присутствовать в том ином виде и сохраняет свою ценность для предприятия. А также для конкурентов, которые постараются ее раздобыть. Здесь эффект российского патентования, не подкрепленного международным, скорее отрицателен, так как вынуждает заявителя раскрыть многие детали технологии. В результате отечественный разработчик зачастую узнает полный экономический потенциал своей технологии уже в виде продукта конкурента на прилавке.

Что же делать? Одно из решений этой проблемы предложил еще 500 лет назад гениальный ученый Леонардо Да Винчи. Ситуация с защитой интеллектуальной собственности в средневековой Италии обстояла примерно так же, как в современной России, и опасаясь, что проекты машин будут украдены и реализованы без его ведома – то есть без уплаты гонорара, – изобретатель намеренно вносил в свои чертежи небольшие ошибки.

Как правило, сами создатели инновации не до конца представляют себе свойства полученного продукта вследствие недостатка времени и денег на детальные исследования. Поэтому необходимо доисследование самого полученного продукта, поскольку без знания свойств новинки (зачастую весьма неожиданных) риск совершения маркетинговой ошибки близок к 100%. Это нормально и поможет впоследствии грамотно организовать постоянное усовершенствование продукта в соответствии с нуждами клиентов.

Чем больше уникальных, полезных и замечательных свойств вы откроете и изучите в продукте, тем шире будет его рынок и меньше последует жалоб. Важной особенностью нанотехнологии как отрасли является ее многогранность и изобилие

неожиданных направлений применения продуктов и технологий.

4.1  Заключение

Все, что производит человек, он изготовляет из природы. Можно даже сказать, что человек лишь перерабатывает то, что дает ему природа. И пока общество будет ориентироваться на исключительно потребительские ценности, общий уровень человеческого быта одних людей будет повышаться – другие же (и природа) будут гибнуть с ускорением.

Научные прорывы в нанотехнологии и создание нанотехнологической промышленности будущего даст человечеству принципиально новый способ экологически чистого «выращивания» продуктов из атомов и молекул, что поможет решить проблему экологического и энергетического кризиса. А развитие таких технологий, особенно на начальном этапе, не рыночно, ибо требуют больших затрат на образование, научные исследования и их техническую реализацию.

Сегодня, переход к устойчивому развитию представляется крайне маловероятным – слишком низок уровень сознания и ответственности за свои поступки у мировой общественности. Наша планета испытывает острую необходимость в формировании нового общества, более развитого и интеллектуально, и духовно. Только такое общество будет способно предвидеть последствия своих поступков и воздерживаться от их совершения, если последствия эти будут негативными. Принципиально новые типы машин и оборудования, новейшие технологии, системы управления могут быть созданы и конструктивно применены только людьми нового, нетрадиционного типа мышления.

Знание – это сила в буквальном смысле слова, это научный, экономический и военный потенциал государства, это умение побеждать в интеллектуальной борьбе.

На Западе большой популярностью пользуется концепция человеческого капитала, а инвестиции в сферу образования многие исследователи определяют как один из главнейших факторов устойчивого экономического роста. Роль образования в экономическом росте может проявляться в различных формах: повышается производительность труда;

улучшаются предпринимательские способности человека;

ускоряется научный и технический поиск и т.д.

Вложения в человеческий капитал, по существующим оценкам, гораздо эффективнее, чем вложения в другие экономические фонды. Установлена прямая зависимость между экономическим ростом страны и коэффициентом образования населения: чем ниже коэффициент образования населения, тем беднее страна.

Если население в стране грамотное и образованное, страна – богата. Считается, что, тратясь сегодня на образование и профессиональную подготовку людей, завтра государство получит от них максимальный вклад в ВВП. Это логично: за новыми знаниями следуют новые технологии, а прогрессивные технологии рождают инновационные и успешно реализуемые товары. Устаревшие же технологии, как известно, убыточны.

Они не приносят дохода, а товары, произведенные в рамках таких технологий, невозможно продать по высокой цене. Когда затихает интеллектуальное обновление, экономика становится загнивающей, и вопрос о том, когда ее обойдут более активные конкуренты – всего лишь вопрос времени. Давайте, обратившись к статистике, посмотрим, верна ли эта закономерность на примере нашей многострадальной России:

Факт: Общее число людей, занятых в научной сфере сократилось за период с 1990 по 2005 гг. более чем в два раза. Резкое сокращение финансирования науки привело к тому, что самые сильные и умные специалисты разбрелись по более доходным отраслям: торговля, сфера услуг, развлечения и т.п.

Следствие 1: С этого момента начинается серьезное отставание от других стран по уровню использования наукоемких технологий в промышленности.

Следствие 2: Производство ведется на устаревшем оборудовании и по старым технологиям (образца 70 – 80х годов). Для сравнения: в развитых странах до 50% всей промышленной продукции изготавливают станки с электронными системами

управления, а к 2021 г. их будет 100%.

Следствие 3: Продукция, производимая по устаревшим технологиям, сильно уступает в качестве западным аналогам и, следовательно, не может пользоваться большой популярностью у потребителей. Все это ведет к вытеснению отечественной продукции с собственного же рынка, не говоря уже об экспорте.

Россия хронически отстает в производстве наукоемкой продукции от развитых стран. Для выхода из сложившейся ситуации ей потребуются новые кадры – не люди с опытом челноков и агентов по продажам и даже не инженеры, получившие устаревшие технологические знания. Нужны специалисты нового поколения, способные ликвидировать отставание и развить «прорывные» новые технологии. Следовательно, необходима кардинальная реорганизация всей сферы образования, направленная на повышение скорости обновления преподносимых студентам знаний.

В заключении своего реферата я еще раз хотела бы подчеркнуть важность и актуальность инновационных нанотехнологий. Они уже наверняка пришли из мира будущего в наш мир настоящего. Освоение данных технологий окажут большое влияние на национальную безопасность, не исключено их  использование в борьбе с терроризмом, в обороне. «Нано» -является хорошим бизнесом, промышленные эксперты предполагют, что скоро продукты нано заполонят мир. Существует множеставо мнений относительно того, куда движутся нанотехнологии, и что это может означать, но эксперты и критики соглашаются в одном: не имеет значения, кто вы, и чем вы занимаетесь в скором времени данная наука и ее технологии вмешаются в вашу жизнь.

Список литературы:

1. «Наука и жизнь»: журнал, статья:  «Знание-сила», выпуск 12/2007

2. Ратнер М., Ратнер Д., «Нанотехнология. Простое объяснение очередной гениальной идеи»,Москва, Вильямс, 2004

3. «Российские нанотехнологии»: журнал, статья: «Наноструктурированые материалы. Простые и сложные», выпуск 1-2/2008

4. Рыбалкина М., «Нанотехнологии для всех», Москва, Infanta, 2006

5. Энциклопедия для детей, т.14, «Техника», Москва, Анта , 2000

6. http://www.nanonewsenet.ru/

7. http://www.nanometer.ru/

Приложение 1

19 марта 2008 в Совете Федерации выступили первый вице-премьер Сергей Иванов и Уполномоченный по правам человека Владимир Лукин. Оказалось, что Россия рассчитывает стать одним из мировых лидеров в сфере нанотехнологий, но пока что стала только лидером по числу жалоб в Европейский суд по правам человека. Нанотехнологии сенаторов интересовали больше, чем права человека. Поэтому времени первому вице-премьеру дали вдвое больше – час против получаса для уполномоченного.

На Совете Федерации Сергей Иванов неоднозначно заявил: «Продукция на основе нанотехнологий – это не нанопурга, а реальность». Но пока, по его словам, нанотехнологии освоили только жулики, которые уже рекламируют всевозможные нанокремы. «Никто не знает, что будет с вашей рукой, когда вы их намажете. И никакого нано там нет. Просто модное слово взяли», – предупредил первый вице-премьер. Другие жулики тем временем пытаются покуситься на 130 млрд. рублей, которые государство выделило госкорпорации «Российские нанотехнологии», и представляют «завиральные и фактически неосуществимые проекты».

По его словам, объем продаж российской нанопродукции к 2021 году может составить около 900 млрд руб. Об этом заявил первый заместитель председателя Правительства Сергей Иванов, выступая в Совете Федерации в рамках правительственного часа, сообщила пресс-служба кабинета министров.

«Наша доля в этом сегменте мирового рынка достигнет 3%, — отметил Сергей Иванов. — Финансирование процесса формирования производственно-технологической базы наноиндустрии будет осуществлено на уровне 180 млрд руб.».

По его словам, пять российский компаний, получивших поддержку в рамках важнейших инновационных проектов, уже производят нанопродукцию в объеме более 8 млрд руб. в год. «Например, на Северстали уже приступили к серийному производству уникальных сплавов с двукратным повышением эксплуатационных характеристик», — сказал первый вице-премьер.

Как считает Сергей Иванов, «подход государства к различным сегментам рынка нанотехнологий должен быть разным». По его словам, первый сегмент — товары массового спроса — это чистый рынок. Второй — это продукция, выпуск которой связан с выполнением государством либо социальных функций, либо функций обеспечения обороны и безопасности — здесь, подчеркнул первый вице-премьер, «государство должно максимально активно вмешиваться в процесс создания нанопродукции».

Кроме того, отметил он, «по таким темам, как очистка воды, создание и внедрение эффективных лекарств, обеспечение ЖКХ современными материалами и системными материалами, а также оснащение наших силовых структур новым вооружением и специальной техникой, государство должно и будет брать на себя львиную долю расходов на научно-исследовательские и конструкторские работы».

В качестве одной из главных задач государства первый вице-премьер указал на необходимость «скорейшего принятия программы развития наноиндустрии в РФ до 2021 года».

На первом этапе ее реализации, подчеркнул Сергей Иванов, в 2008—2021 годах должны быть сформированы конкурентоспособный сектор исследований и разработок в области наноиндустрии и эффективная система коммерциализации создаваемых объектов интеллектуальной собственности. На втором этапе (2021—2021 годы) предусмотрено обеспечение условий для крупномасштабного наращивания объемов производства наноиндустрии.

В госкорпорацию «Роснанотех» уже поступило более 300 обращений с предложением о финансировании инвестиционных проектов.

«Как видите, заявок уже огромное количество», — отметил он, добавив, что «Роснанотех» начнет принимать инвестиционные проекты на рассмотрение с 1 апреля. При этом Иванов сообщил, что общая сумма финансирования инвестиционных проектов превышает превышающую одну треть уставного капитала госкорпорации, составляющего 130 млрд рублей.

Первый вице-премьер отметил, что время рассмотрения каждого проекта не должно превышать 90 рабочих дней. По истечение этого срока, правление или наблюдательный совет госкорпорации (в случае, если объем необходимых средств превышает 1% от балансовой стоимости активов корпорации — прим. ред.), принимает решение о целесообразности финансирования того или иного проекта.

Иванов особенно подчеркнул, что ответственность руководства «Роснанотеха» за расходование значительных бюджетных средств очень велика, поэтому «к отбору проектов мы подходим очень тщательно». Каждый из предлагаемых проектов будет подвергаться тщательному анализу при содействии научных и инвестиционных экспертов госкорпорации, а также с привлечением внешних специалистов.

По словам первого вице-премьера, система отбора состоит из двух уровней: первый — научно-технический совет госкорпорации, который уже начал свою работу, он рассматривает любое предложение с точки зрения «технологической возможности его осуществления». «Что греха таить, к нам приходят такие проекты, которые фактически являются завиральными и неосуществимыми», — сообщил Иванов. «Если это сито преодолено, то вступает в действие второй уровень — коммерческий: есть ли рынок и есть ли потребитель предлагаемого продукта. Можно что-то сделать, но если это никто не купит — зачем это нужно делать?», — добавил он.

Как полагает первый вице-премьер, наиболее перспективным проектом является развитие светодиодной осветительной техники, направленный на внедрение и массовое производство энергосберегающих светодиодных осветительных приборов, и нанотехнологии, в данном случае, используются для выращивания полупроводниковых кристаллов для светодиодов.

«Мы говорим о том, что наша экономика абсолютно энергозатратна и неэффективна, а данный проект как раз и направлен на внедрение новых технологий, которые, в моем понимании, позволят нам сэкономить десятки миллиардов долларов или евро», — отметил Иванов.

По мнению Сергея Иванова, к развитию нанотехнологий необходимо привлекать также средний и малый бизнес, создавая для этого «оптимальные условия»: “Госкорпорация — это только одна структура, а мы ведь хотим создать наносеть по всей стране.

По материалам пресс-службы Совета РФ

Приложение 2

Рис.1 Поверхность пестика цветка под электронным микроскопом, увеличение 1720 раз.

Рис.2 Редкостный коллоидный цветок

Рис.3 Пылинка из воздуха. Чем мы дышим?

Рис.4 Наномороженное

Рис. 5 Наночастицы серебра

Рис.6 Наноструктурная плёнки золота

Рис.7 Поверхность цветка под наклоном. Увеличение в 300р.

Рис.8 Гидротированный диоксид марганца

Рис.9 Кристаллическая роза

Рис.10 Одуванчик!