http://www.eprussia.ru/epr/146/11229.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 06 (146) март 2010 года
«Нанофикаторы» делят бюджет
Первая полоса
Юрий МАКАРОВ
В последнее время отечественные средства массовой информации активно публикуют статьи о наноматериалах.
Как это начиналось?
Слово «нано» происходит от греческого nanos – «карлик». Напомним, что нанометр – это 10-9 метра.
Нобелевский лауреат в области химии Р. Хоффман утверждает: «Я понял, что в нанотехнологиях люди нашли новое название для традиционной химии». У нас место «нано» всегда занимала коллоидная химия.
Больше 100 лет ученые имеют дело с управляемыми процессами в областях с размерами 10-3 – 10-9 и даже 10-10 (ангстрем), – и эти процессы, следовательно, уже являются нанонаукой.
Считается, что торжественное шествие нанонауки началось на Западе. Хотя роль ее «отца» физика Р. Фейнмана, который в своем выступлении 1959 года, призывая создавать микроскопические приборы, заявил: «Там внизу – полно пространства», – сильно преувеличена. Глобальными достижениями нанотехнологий считаются открытие фуллерена (Х. Кроти и др. в 1985 году) и синтезы углеродных нанотрубок (С. Иджима в 1991 году), после которых мир узнал о наступлении новой эры в науке и технике.
Известно, что фуллерены состоят из 60 атомов углерода, собранных в молекулу сферической формы. К удивлению многих нанотехнологов, фуллерены вида С84 (сфера из 84 атомов) давно были обнаружены в карельском минерале шунгите. А первые искусственно синтезированные углеродные нанотрубки были получены советскими учеными Л. Радушевичем и В. Лукьяничевым еще в 1952 г.
Разработанные в СССР нанотехнологии пользуются всемирным признанием. В нашей стране с 1935 года издается журнал по нанотехнологиям – «Коллоидный журнал» АН СССР. О советских искусственных алмазах, вершине нанотехнологической сборки, освоенной промышленностью в 1960-е, надо говорить отдельно.
Стратегия и безопасность
Известно, что многие нанотехнологии, разработанные еще в ХХ веке, могут иметь двойное назначение. А возможность некомпетентного, корыстного или злонамеренного их применения является существенной проблемой. Принятая в США в 1983 году «Стратегическая оборонная инициатива» (СОИ) инициировала гонку вооружений и обострила геополитические процессы. А одобренная в 2001 году конгрессом США программа развития нанотехнологий – не очередная ли это «стратегическая оборонная наноинициатива»? Ведь недавно Минобороны США объявило о создании уникального Института армейских нанотехнологий совместно с Массачусетским технологическим институтом. Получается, что контроль над нанонаукой и нанотехнологиями – это вопрос государственной безопасности.
В 1993 году, через десять лет после принятия программы СОИ (которая принесла Америке глобальные преимущества), при президенте США был создан Национальный совет по науке и технологиям. Пятнадцать членов партии демократов из палаты представителей конгресса выдвинули на одобрение палаты стратегию развития национальной безопасности США в области высоких технологий. Этот документ, в парламентских кругах названный «новым манхэттенским проектом», развивал идеи СОИ и предполагал дальнейший развал промышленности, высокотехнологических предприятий и науки России.
На Западе в последующие 6 7 лет особое внимание в правительственных структурах, частных компаниях, научных организациях и СМИ уделялось ситуации победоносного развития так называемых нанотехнологий. Поэтому принято считать, что летосчисление нанотехнологий началось с 1993 года. В январе 2000 года Б. Клинтон подписал программу «Национальная нанотехнологическая инициатива». Она предполагает развитие в спецведомствах (ЦРУ, Пентагон, НАСА и т. д.) нанотехнологий двойного и военного назначения, что должно обеспечить стратегическое и военное преимущество США. М. Губруд из Мэрилендского университета предупреждает о возможности использования нанотехнологий для создания сверхмощного оружия, что приведет к доминированию владеющей им страны, создаст угрозу жизни людей и цивилизации в целом.
В 2007 году на развитие нанотехнологий только Министерству обороны США из госбюджета было выделено 345 миллионов долларов. С другой стороны, США стремятся вовлечь развитые страны в гонку стратегической наноинициативы. Интересно, что в 2004 году удивление на Западе вызвало практическое отсутствие России среди ведущих разработчиков нанотехнологий, поскольку объем финансирования этой сферы деятельности у нас составлял тогда всего несколько десятков миллионов долларов.
Проблема качества
Разумнее поступили в ЕС, приняв на период 2002-2007 гг. шестилетнюю программу и создав новую организацию «Европейская зона научных исследований» (ERA). В США и Европе не финансируют напрямую наноконцерны, нанонауку и отдельные нанотехнологии.
Для решения практических вопросов в ЕС создана «Европейская корпорация в сфере научных и технических исследований».
Задачей этих организаций является практическое использование научных результатов и развитие физики, химии, материаловедения, микроэлектроники, биотехнологии и медицины, имеющих прямое отношение к нанотехнологиям, ибо таковых без фундаментальных наук не существует. Целесообразно развивать эти науки, а не начинать всеобщее «строительство наноиндустрии» в стране, концентрируя все работы во вновь созданном ведомстве. Тем более – работы по двойным технологиям. Сложно будет сохранить свои приоритеты, государственные тайны и даже трудно будет избежать нанофальсификаций и нанопрофанаций.
Так, фирма Lux Research, занимающаяся изучением нанотехнологий, совместно с юридической компанией Foley Landner уже рассмотрела 19485 официально зарегистрированных жалоб на продаваемые в США некачественные наноматериалы. В результате проверки оказалось, что они не соответствуют заявленным требованиям. Следовательно, и в нашей стране потребуется множество экспертов по различным нанотехнологическим направлениям для их оценки или разоблачения.
Ассемблеры
В 1986 году американский инженер-футуролог Эрик Дрекслер написал книгу «Машины творения», где показал грядущую техническую революцию. «Благодаря ей мы научимся контролировать поведение отдельных атомов и молекул, а также с поразительной точностью манипулировать ими». Из этих мельчайших элементов вещества можно будет собирать любые предметы. По идее автора, эти миниатюрные «машины-ассемблеры» (самосборщики) могут конструировать из отдельных элементов даже людей. Этот удивительный принцип Э. Дреслер назвал нанотехнологией. (Интересно, что о способах создания и применения таких манипуляторов известный советский писатель Б. Житков писал в своем фантастическом рассказе еще в 1933 году).
Слово было запущено в языковое пространство и стало модным во всех общественных сферах: в СМИ, среди политиков и экономистов, ученых и технологов, военных и строителей. Наноученые предполагают, что пройдет еще 20-30 лет и будут созданы ассемблеры стиральных машин, домов, телевизоров и автомобилей, одежды и обуви. Хорошим показателем в прогнозе развития науки и техники на ближайшие 20-30 лет является статистика выдаваемых на сегодняшний день патентов.
Вот как в настоящее время в США распределяются патенты, выданные в области нанотехнологии: электроника – 48 процентов, химия и материаловедение – 24 процента, биология и медицинские препараты – 19 процентов, косметика, ткани – 9 процентов. Ассемблеры, манипуляторы атомами и молекулами для создания готовых предметов пока не запатентованы. А от первых публикаций и выдачи патентов до внедрения изобретений проходит 15-20 лет. Открытие в области современной цифровой техники лауреаты Нобелевской премии (2007 года) П. Грюнберг и А. Фет совершили в 1988 году И только через пятнадцать лет mp3 плееры, DVD-техника, цифровые камеры и т. д. получили всеобщее распространение и признание.
Искусство манипулирования
Чтобы оценить реальные достижения нанотехнологий и практическое их применение, надо определить, что такое нанотехнология.
Во-первых, это стремительно развивающаяся область науки, техники, бизнеса и самый высокий уровень научно-технического прогресса в развитии общества, утверждают СМИ. Академический словарь Мерризм – Вебстер определяет нанотехнологию как искусство манипулирования материалами на атомарном или молекулярном уровне, особенно для создания микроскопических устройств, например роботов.
Справочный сайт About.com определяет нанотехнологию совсем просто: как разработку и использование устройств размерами в несколько нанометров.
В США «Национальная нанотехнологическая инициатива» о том же говорит так: «Нанотехнология – это исследования и технологические разработки на атомарном, молекулярном или макромолекулярном уровне в шкале размеров от 1 до 100 нм, проводимые для приобретения фундаментальных знаний…»
Для чего же вдруг потребовалась эта «Национальная инициатива» – программа, дублирующая исследования и традиционные задачи физики, химии, микроэлектроники, металловедения, биологии, медицины, микробиологии и т. д.? Ведь перечисленные науки (а не нанотехнологии) позволили создать атомный реактор, водородную бомбу, синтетические материалы? А также – ракетное топливо для жидкостных и твердотопливных ракет (начиная с РС-82, в 1938 году – для «Катюш»), обеспечили создание взрывчатых и отравляющих веществ, бактериологического оружия, ядов, гомеопатических препаратов, антибиотиков, открытие ДНК, производство продуктов с использованием ферментов. Все это создавалось 100-150 лет назад без упоминания нанотехнологий.
Открытие фуллерена
Термин «нанотехнология» впервые появился в 1974 году благодаря японскому ученому Норе Танигути, который решил так обозначить процессы построения новых веществ из отдельных атомов. А через 11 лет, в 1985 году, группой британских ученых была открыта новая структурная форма углерода (в отличие от графита и алмаза), названная фуллереном в честь выдающегося американского философа и писателя Ричарда Фуллера. Фуллерен имеет шарообразную молекулярную структуру, образованную сцепленными между собой многоугольниками, совпадающими с так называемым геодезическим домом, на который Р. Фуллер получил патент в 1940-е.
С той поры было построено десятки зданий фуллереновской формы, например американский павильон на Монреальской выставке «Expo-67». За открытие фуллерена («неизвестной» молекулярной структуры углерода) английским ученым Крото, Смоли и Керлу в 1996 году была присуждена Нобелевская премия.
В 1991 году японский профессор С. Идзима из университета Мейдзе создал из расположенных в ряд фуллеренов углеродные нанотрубки диаметром 1 2 нм и длиной 100 нм. Так появился «первый в мире» наноматериал, созданный человеком. Возможно, создавая фуллерены, английские ученые могли и не знать о кольском шунгите. Но японский профессор, я уверен, должен был знать о синтезированных в СССР в 1952 году миллимикронных углеродных трубках (термина «нанотехнология» еще не существовало) и полученных с помощью советских электронных микроскопов их электронных микрографий.
И тем не менее создание углеродных нанотрубок в Японии в 1991 году считается мощнейшим прорывом в мире нано.
В США были большие надежды на создание электрических суперконденсаторов на базе фуллеренов и нанотрубок. Но, к сожалению, они за 15 лет так и не оправдались. А в СССР в 1980-е были созданы компактные конденсаторы на микродисперсном углеродном порошке, а потом на двойном электропроводном слое на базе углеродной ткани. Фуллерены и нанотрубки в наши дни применяются в основном как наполнители керамики, бетона, краски, теплоизоляции и т. д. Однако в таком виде они не повышают прочность основного материала, т. к. не ориентированы в направлении действующих усилий и не связаны между собой.
Удачное применение нанотрубки углерода нашли в яхтостроении. При наполнении ими связующего угле- и стеклотканей удалось ориентировать нанотрубки в заданном направлении. Это позволило повысить прочность материалов в 1,5 1,8 раза и снизить их удельный вес. Такой метод повышения прочности и снижения веса стекло- и углепластиковых материалов широко применяется с 1960 – 70 х годов в аэрокосмической промышленности. Тогда в эти материалы добавляли микродисперсное ориентированное стекло, или углеволокно.
Не стоит подробно рассказывать об искусственных алмазах, освоенных промышленностью СССР (и США тоже) в 1960-е годы. Они выпускаются в год десятками тонн в основном для производства алмазного инструмента.
А вот о технологиях получения деталей методом «сверху вниз» следует сказать несколько слов. В 1980-е в Советском Союзе Б. Алексовский предложил и успешно осуществил химическую сборку деталей, которая позволяла формировать заданные детали или создавать материалы из парафазных элементов (парафазная – ангстремальная технология!).
Как изобретали биороботов
Для сравнения – характерный пример западных нанотехнологий мирового уровня. Группа ученых Чикагского университета получила премию Фейнемана за метод, позволяющий чертить на поверхности золота линию шириной в несколько атомов. А в 1997 году осуществилась мечта Фейнемана: ученые создали «наномоторчик» – пропеллерообразную молекулу, которая сама может вращаться на медной поверхности. Конечно, все эти «чудеса» нанотехнологий рассчитаны на СМИ и конгрессменов, для которых ученые США и собрали «наномоторчик» из фрагментов ДНК. Хотя всем известно, что двойная спираль ДНК сама совершает движения, как и рибосомы и другие клеточные органеллы.
Нанотехнологи, далекие от медицины, надеются создать из отдельных атомов нанороботов, которые будут проникать в кровь, чтобы бороться с патогенными микробами, лечить поврежденные клетки и эритроциты, находить и удалять опухоли, а также удалять холестериновые бляшки. Появилось множество компьютерных изображений фантастических «биороботов за работой».
Надо сказать несколько слов и о биороботах, которыми очень интересуются в Пентагоне и ЦРУ, надеясь создать нанороботов, которые будут легко проникать сквозь поры кожного покрова и, двигаясь с кровотоком к жизненно важным органам, подготовят удар в строго заданный момент. Нанороботы, заброшенные на вражескую территорию в виде неприметного облака «умной пыли», за несколько часов многократно увеличат свою численность и начнут выполнять заложенную в них программу – приведут оружие, боеприпасы, электронику, находящиеся на боевом дежурстве, и даже обмундирование военнослужащих в полную негодность.
Однако все эти проекты биороботов и их «созидательная» работа выглядят забавно, если вспомнить учебник «Микробиология» М. Лебедевой, изданный в 1969 году. Здесь показаны природные «биороботы» – бактерии, бациллы, вирусы и т. д., – которые работают в организме человека. Причем вирусы имеют размеры 5-150 нм. В настоящее время известно свыше 500 вирусов болезней человека и животных. Можно напомнить и о бактериях: величина некоторых из них – 200 нм. Так стоит ли создавать синтетические нановирусы и нанобактерии для запрограммированной работы в организме человека, если уже появились искусственные вирусы атипичной пневмонии, птичьего гриппа и др.?
Неужели нанотехнологии только вчера «открыли», что все клеточные органеллы (внутриклеточные структуры) хромосомы – рибосомы, аппарат Гольджи, митохондрии – совершают колебания и вращательные движения? Например, перенос атома кислорода по дыхательной цепи в митохондрии совершается с частотой 3000 Гц. Наверное, наноученые забыли, что перемещаются в живом организме сами клетки (они делятся), гормоны, вирусы, бактерии, ферменты и коферменты. А ферменты – это молекулы-«биороботы», которые служат для ускорения обменных процессов в организме. Они подходят к белку и расщепляют его на составные части. В некоторых случаях им помогают коферменты, которые, как ключ к замку, подходят к ферменту, и только с их помощью совершается расщепление белка, молекулы и т. д. Все это достижения науки 1940-х годов. Теперь для обывателя их с гордостью называют «выдающимися достижениями нанотехнологий XXI века». Хотя препараты на базе ферментов (например, АТФ) уже лет 50 продаются в аптеке.
Ферменты – это промышленное производство продуктов питания, брожения (спиртов, органических кислот и т. д.), синтез витаминов и производство антибиотиков. Развитие биотехнологий, микробиологии, генетических исследований позволило создать в СССР лучшую в мире фармацевтическую промышленность. Было основано новое направление в науке – космическая микробиология. А сегодня оказывается, что это все не «нано». Отечественная фармацевтическая промышленность на 90 процентов рухнула, так же как и микроэлектроника (классическая нанотехнология, которой 60 лет).
Нанопосредники и фундаментальная наука
А теперь посмотрим структурную схему «Фундаментальные основы и области применения нанонауки и нанотехники» (Ю. Головин, Введение в нанотехнику. 2007 год). Если здесь убрать промежуточную, искусственно созданную структуру «нанонаука и нанотехника», никто в науке и промышленности даже не заметит, что утеряны ориентиры, перспективы развития и предвещается крах фундаментальной или отраслевой науки. Потому что нано-, ангстремтехнологии были всегда внутри всех перечисленных в таблице структур: в биологии, медицине, физике, химии, металловедении, микроэлектронике, космонавтике и авиации, в оборонной промышленности и военной технике. Финансировать надо не нанопосредников, а образование, фундаментальные и отраслевые науки.
Фундаментальные, прикладные, отраслевые науки изучают объекты нано- и ангстремразмерностей. И без развития фундаментальных и отраслевых наук никакого движения нанотехнологий быть не может. Так же как и без инженеров, конструкторов, технологов, станочников, механиков. О каком прогрессе нанотехнологий может идти речь, если технические вузы сокращают, вводят бакалавриат, а техникумы, ПТУ готовят только автомехаников, парикмахеров, секретарей-референтов и бухгалтеров?!
Существующая программа генерального развития и финансирования нанонауки и нанотехнологий дискредитирует профессии инженеров, конструкторов, механиков, способствует появлению околонаучных наноинженеров, нанотехнологов, наноспециалистов. Провоцирует их срочную и поверхностную подготовку во множестве учебных заведений страны.
В сотне новейших «университетов» за 20 лет у нас подготовлены десятки тысяч юристов, финансистов, экономистов, управленцев, маркетологов, дилеров, дистрибьюторов и т. д. Но практически исчезли конструкторы, инженеры-механики, инженеры-технологи во всех отраслях промышленности. А где теперь гордость страны – изобретатели, рационализаторы, новаторы, творцы новой техники, передовые ученые и исследователи?
Если американский чиновник и конгрессмен по долгу службы верят в могущество нанотехнологий, то наши этому могуществу в личных интересах обманываться рады. Конечно, отечественному чиновнику по плечу и всеобщая «нанофикация» России и «нанонизация» всей промышленности страны. Даже не приступая к их реализации, они доложат о завершении программы и освоении выделенных инвестиций.
Россия, по мнению Запада, оказалась в «хвосте мировой нанотехнологической революции».
Теперь, чтобы убедить Запад в том, что их нанореволюция охватила и нашу страну, можно организовать «утечку» информации в прессу.
Тогда США убедятся, что их «Национальная нанотехнологическая инициатива» одержала всемирную победу.
Отправить на Email
Также читайте в номере № 06 (146) март 2010 года:
-
Россия и АТЭС: энергетические аспекты 
Представители Минэнерго приняли участие в конференции по приоритетным направлениям работы России в АТЭС. ...
-
Облака над океаном – источник пресной воды 
От недостатка качественной пресной воды страдает около миллиарда людей. По прогнозам, к 2025 году ее нехватку будут ощущать две трети населения Земли. ...
-
«Нанофикаторы» делят бюджет 
В последнее время отечественные средства массовой информации активно публикуют статьи о наноматериалах. Подобный ажиотаж обусловлен, в первую очередь, созданием в апреле 2007 года ГК «Российская корпорация нанотехнологий», или «Роснано». Однако создается неверное представление, что до появления государственной корпорации никаких подобных разработок у нас не было. Но это совершенно не так! Даже когда еще не появилось слово «нанотехнол...
-
Школа теплоэнергетика 
В начале марта в Санкт-Петербурге состоялись традиционная конференция «Повышение эффективности тепловых хозяйств предприятий» и «Школа теплоэнергетика» для повышения квалификации специалистов. ...
-
Как привлечь инвест иции в обновление? 
Состояние электросетевого хозяйства в России требует существенного увеличения финансирования строительства новых объектов и модернизации уже существующих. ...
