I. Фундаментальные проблемы «наноидустрии» (нанонаука).

1. Наномасштабирование и квантово-размерные эффекты.

2. Неравновесные процессы и синергетические эффекты в наноструктурированных материалах.

3. Теория матричного синтеза, сборки, самосбор­ки и молекулярного узнавания для веществ органи­ческой и неорганической природы.

П. Наноматериалы.

1. Нанокомпозицонные материалы со специаль­ными механическими свойствами для сверхпрочных, сверхэластичных, сверхлегких конструкций,

2. Нанокомпозиционные материалы с особой ус­тойчивостью к экстремальным факторам для тер­мически, химически и радиационно стойких конст­рукций.

3. Специальные нанокопозиционные материалы с низкой эффективной отражающей способностью в СВЧ и оптическом диапазонах длин волн.

4. Нанокомпозиционные и нанодисперсные мате­риалы для высокоэффективной сепарации и изби­рательного катализа.

5. Нанодисперсные материалы с максимально эффективным энерговыделением, в том числе, им­пульсным.

III. Нанотехнология.

1. Машиностроительные нанотехнологии (меха­ническая и корпускулярная обработка с наноточ-ностью).

2. Физико-химические нанотехнологии (атомно-молекулярная химическая сборка неорганических и органических веществ).

3. Атомно-зондовые нанотехнологии (нанозондовый сверхлокальный синтез и модифицирование).

4. Биомедицинские нанотехнологии (биочипы и биокластеры; сверхлокальная избирательная диаг­ностика, терапия, хирургия; генная инженерия).

5. Аппаратурно-методическое обеспечение чистоты и микроклимата в наноиндустрии.

IV. Нанодиагностика.

1. Экспресс-методы контроля химического состаава и геометрии нанообъектов.

2. Экспресс -методы регистрации электрических магнитных, тепловых и акустических полей нанообъектов.

V. Наносисгемы (наноустройства).

1. Нанохимические компоненты (сорбенты катализаторы, насосы, реакторы) для высокоэффтивной очистки, избирательного сверхскоростного высокопризводительного синтеза, атомно-молекулярной инженерии.

2. Наноэлектронные компоненты (элементная база) для сверхинтегрированных сверхмощных сверхскоростных систем генерации, хранения передачи и обработки информации.

3. Нанооптическае компоненты (элементная база излучатели, фотоприемники, преобразователи) для энергетически эффективной светотехники, систем сверхскоростной «сверхплотной» высокопомехозащищенной передачи и обработки информации.

4. Микро- и наноинструмент для процессов атомно-молекулярной инженерии.

Реализация в 2004 — 2006 гг. представленного перечня базовых проектов, по-видимому, не решит проблемы широкого промышленного внедрения наноиндустрии, но обеспечит для России следующее:

сохранение и развитие отечественного научного и промышленного потенциалов высоких технологий;

сохранение и развитие кадрового потенциала интеграцию и эффективное использование высококвалифицированных специалистов;

интенсификацию междисциплинарных исследований и разработок, обеспечивающих научно-технические прорывы по ключевым направлениям научно-технического прогресса;

сохранение паритета российской научно-образовательной культуры в области высоких технологий с ведущими зарубежными странами.

Целевая ориентация образовательного базиса наноиндустрии

В рамках рассмотрения образовательного бази­са наноиндустрии в России представим комплект аннотаций программ, которые можно использовать при подготовке кадров, ориентированных на реше­ние задач в области наноиндустрии и, в частности, при реализации образовательного процесса по двух­уровневой системе «бакалавр — магистр».

Целесообразность введения двухуровневой сис­темы подготовки кадров по быстропрогрессирующему направлению «наноиндустрия» обусловлена следующими факторами:

необходимостью гармонизации структуры оте­чественного образовательного процесса по базовым направлениям научно-технического прогресса с концепцией, принятой большинством промышленно развитых стран в рамках Болонской декларации;

объективной ситуацией в развитии данного вы­сокотехнологичного направления, характеризую­щейся стадией накопления знаний, т.е., в первую очередь, становлением «нанонауки»;

отсутствием не только в России, но и за рубе­жом окончательной концепции развития «наноин­дустрии», как промышленного производства, ори­ентированного на вполне определенную номенкла­туру наноматериалов и компонентов наносистемнои техники.

АННОТАЦИИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ В ОБЛАСТИ НАНОИНДУСТРИИ

ФИЗИКА НАНОСИСТЕМ

Кристаллофизика наносистем. Наноструктуры и методы их симметрийного описания, Квантовые размерные эффекты, масштабирование, Теория квантовых переходов. Обменное взаимодействие. Энергетический спектр электронов в квантово-раз-мерных структурах: квантовые точки, ямы, нити, сверхрешетки. Распределение и транспорт носите­лей заряда в квантово-размерных структурах. Бал­листический транспорт. Резонансное, спин-завися-щее туннелирование. Квантовый эффект Холла. Оптические свойства квантово-размерных структур, Магнитные свойства нанослоевых композиций и фрактально-кластерных структур. Физика процес­сов переноса в неупорядоченных системах. Теория протекания. Кооперативно-синергетические процес­сы переноса энергии и зарядов в конденсирован­ных средах. Перенос энергии и заряда в биоорга­нических наносистемах.

ХИМИЯ НАНОСИСТЕМ

Физическая химия поверхности твердого тела. Энергетическая структура поверхности. Термодинамика поверхности. Кинетические процессы на поверхности: адсорбция, десорбция, смачивание, зародышеобразование. Физическая химия наноструктурированных материалов, Малые ансамбли молекул, межмолекулярные взаимодействия. Раз­мерные и функциональные свойства наночастиц. Молекулярная динамика, конформации. Симметрий-ное описание наносистем. Термодинамика и кине­тика межфазных границ, Кластерообразование. Мицеллообразование. Полимеризация. Матричный синтез. Самоорганизация. Наноматериалы: золи, гели, суспензии, коллоидные растворы, матрично-изолированные кластерные сверхструктуры, фул-лерены и фуллереноподобные материалы, углерод­ные нанотрубки, полимеры, сверхрешетки, биомемб­раны. Модели электропроводности, теплопроводности и механических свойств наносистем. Связь между физико-химической природой и специальными свойствами наноматериалов: биосовместимость, се­лективность, энергоемкость, память. Нанохимические компоненты: катализаторы, сорбенты, насосы, реакторы.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ НАНОСИСТЕМ

Классификация материалов по техническому назначению, составу и свойствам: конструкционные, функционально активные, адаптивные материалы, проводники, полупроводники,сверхпроводники, диэлектрики. Основы кристаллофизики наноматериалов. Физикохимия процессов синтезанано структурированных материалов. Методы получения наноматериалов. Синтез нанодисперсныхматериалов. Синтез наноструктурированных композитов. Атомно-молекулярные нанослоевые технологии. Нанозондовый локальный синтез и модификация. Микро- и нанобиотехнологии. Методы исследования наноматериалов. Свойства наноматериалов: механические, теплофизические, физико-химические, электрофизические, оптические. Критерии выбора и совместимости материа­лов: кристаллохимическая и термомеханическая совместимость. Применение наноматериалов: конструкционные материалы для механических конструкций, электрической и оптической коммутаций функционально активные материалы для электростатических, электромагнитных, пьезоэлектрических, оптических, электрооптических и термоэлектрических преобразователей энергии, движения, информации; адаптивные материалы. Самоорганизующиеся среды.

ПРОЦЕССЫ НАНОТЕХНОЛОГИИ

Методы нанослоевого синтеза: атомно-молеку­лярная эпитаксия, молекулярная и химическая сбор­ка, молекулярное наслаивание методом Ленгмюра-Блоджетт, полианионная молекулярная сборка, мат­ричный синтез биоорганических веществ. Методы синтеза наноструктурированных материалов: вакуумно-плазменный и химический синтез фуллерено-подобных материалов, углеродных нанотрубок, мно­гослойных нанокомпозитов. Золь-гель-технологии. Синтез полимеров и полимерных композиций. Методы сверхлокального нанесения, удаления и модифицирования вещества: корпускулярно-фотонные и электрохимические нанотехнологии, нанозондовый локальный синтез и удаление вещества, модифицирование поверхности. Самооорганизующиеся процессы и среды.

МЕТОДЫ НАНОДИАГНОСТИКИ

Методы измерения и контроля наноразмеров и контроля наноколичеств: интерферометрия, эллипсометрия, растровые электронная и ионная микроскопии, сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия, вторичная ионная масс-спектрометрия, Оже-спектроскопия, электронная спектроскопия для химического анализа, рентгеноспектральный микроанализ, электронный и ядерный парамагнитный резонанс, ИК Фурье-спектроскопия, хроматография, электрофорез. Методы исследования структуры: рентгеноструктурный анализ просвечивающая электронная микроскопия, электронография, дифракция быстрых и медленных электронов, малоугловая дифракция, обратное рассеяние Резерфорда. Атомно-зондовые методы анализа поверхности: контактные и бесконтактные методы сверхлокальный контроль электрических и магнитных полей, измерение емкости и концентрации носителей заряда, адгезионных параметров. Электрические методы контроля свойств наноструктур токовая и емкостная спектроскопия, Активная метрика процессов синтеза наноструктурированных материалов и нанослоевых композиций. Микро- и наноаналитические системы. Биомедицинские методы нанодиагностики. Биочипы и биокластеры.

НАНОЭЛЕКТРОНИКА

Энергетический спектр частиц в системах пониженной размерности. Прохождение частиц через многомерные квантовые структуры, Влияние электрического поля на энергетический спектр систем пониженной размерности, Экранирование электческого поля в структурах пониженной размерности. Квантовый эффект Холла в двумерном электронном газе. Транспортные явления в квантово-раз-мерных структурах. Баллистический транспорт. Электрон-фононное взаимодействие. Резонансное, спин-зависящее туннелирование, Электропровод­ность и эмиссионные свойства углеродных нано-трубок и фрактальных структур. Оптоэлектронные свойства квантово-размерных структур: квантовые точки, ямы, нити, сверхрешетки. Магнитные свой­ства нанослоевых композиций и кластерных сис­тем. Перенос заряда, энергии и информации в био­структурах. Приборы нан о электроники: полевые нанотранзисторы, резонансно-туннельные диоды, спиновые клапаны, электронные и квантовые ин­терферометры, магниточувствительные элементы, Бионаносенсорика. Элементная база квантовых компьютеров на основе неорганических и органи­ческих наносистем.

НАНООПТИКА

Размерные эффекты в оптике: классические и квантовые размерные эффекты. Квантовые ямы, квантовые нити, квантовые точки, сверхрешетки, квантовые кристаллы. Распространение оптическо­го излучения в квантово-размерных слоях и наноструктурах. Оптические эффекты в наноструктурах. Преобразование и генерация оптического излучения в наноструктурах. Фотонные кристаллы. Нанослоевые композиции для преобразования и передачи оптических сигналов. Сверхскоростные методы передачи и обработки информации, распознавание образов. Высокоразрешающие методы оптической диагностики наноструктурирован­ных материалов и нанослоевых композиций, Ближнепольная оптическая микроскопия, Предельные возможности микро- и нанооптики,

НАНОМЕХАНИКА

Макро-, микро- и нанокристаллическая структуры наноматериалов. Размернофункциональные свойства наночастиц. Структурные и фазовые пре­вращения наноструктурированных материалов. Дисперсные, нанокристаллические и нанокомпозиционные материалы. Сплавы. Волокнистые, слоис­тые, фрактальные нанокомпозиты. Методы синте­за наноматериалов. Механические, физико-хими­ческие и теплофизические свойства наноструктурированных материалов. Обработка поверхности с наноточностью; механическая, электрохимическая, электронно-лучевая, лазерная, ионно-плазменная. Ионное наномодифицирование поверхности. Искус­ственное и естественное наноформообразование. Способы механического позиционирования с на­ноточностью: пьезоэлектрические и магнитострикционные приводы движения. Способы демпфиро­вания тепловых и механических воздействий при нанопозиционировании и нанообработке. Оптичес­кие методы контроля положения с наноточностью. Механические и оптические методы контроля наношероховатости. Атомнозондовые методы контроля морфологии поверхности. Микро- и наноинструмент для атомно-молекулярной инженерии, Механика течения жидкостей и газов в микро- и нанокапиллярах. Транспортные и механохимические процессы в биосистемах.

МИКРО- И НАНОЭНЕРГЕТИКА

Моделирование процессов переноса заряда, энер­гии и вещества в наноструктурированных систе­мах. Процессы энергонакопления и энергоперено­са в неорганических материалах с нанослоевой и кластернофрактальной структурой. Фотопреобразователи на основе нанослоевых и нанокластерных композиций. Наноэлектрохимия. Микромеханичес­кие источники энергии и движения, Механизмы переноса энергии в биоструктурах. Солитоны. Системы сопряженных ионно-водородных связей. Биоэнергетика. Фоторецепция. Биофоторецепция. Фотосинтезирующие мембраны. Механизмы фотосинтеза. Транспортные процессы в биосистемах. Классификация транспортных АТФ и механизмы их работы. Механохимические процессы переноса вещества на клеточном и тканевом уровнях. Био­технические системы рекуперации энергии и дви­жения.

БИОМЕДИЦИНСКИЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ

Организация биологических систем. Атомно-молекулярная структура биологических систем, Нуклеиновые кислоты. Методы изучения и синтеза нуклеиновых кислот. Принципы генной инженерии. Белки. Уровни организации белков. Методы изуче­ния и синтеза белков. Белковая инженерия. Био­энергетика. Механизмы переноса энергии в биоструктурах. Электромагнитное, оптическое, акусти­ческое, тепловое и химическое воздействие на биологические микро- и наносистемы. Биосенсорика, Принципы молекулярного узнавания. Взаимо­действие лигандов с надмолекулярными структура­ми. Биокатализ. Модели работы олигомерных ферментов. Модель работы хемосенсоров. Иммуноглобулины. Биомембраны. Зонно-блочная модель. Сенсорные белки в биомембранах. Нейросенсори-ка. Фоторецепция, Фото синтезирующие мембраны, Фоторецепторные белки. Транспортные и механохимические процессы в биосистемах. Методы ме­дицинской и микробиологической нанодиагностики. Биочипы и биокластеры. Селективная бионанодиагностика и хемонанотерапия. Наноаналитические системы, Микро- и наноинструмент для медицинс­кой диагностики, терапии, хирургии и генной ин­женерии,

Данные аннотации фактически характеризуют не только предметную область обучения, но и на­правления реальной научно-практической деятель­ности в указанных областях.